浪花是怎样形成的（风力动力）

发布者：闲散之人 2024-1-21 08:13

日本有一幅著名的浮世绘（风俗画）“神奈川之波”。它展示了大海中汹涌的波浪，汹涌的波浪，以及一片在风浪中游荡的船叶。苏轼有一个名词“念奴娇·赤壁怀古”，里面有“乱石穿空，惊涛拍岸，卷起千堆雪”的字句。

从物理海洋学的角度来看，上述日本绘画和苏轼的文字中描述的浪花是非常准确和科学的。

日本浮世绘是“风浪”在深水中的浪花。顾名思义，它是风吹来的浪花。当风从空中以一定角度吹向大海时，它会对海洋产生压力。这个压力有两个“分量”：即沿海面切线的分量还有垂直于海面的分量。垂直于海面的分量被海水抵消，而沿海面切线的分量却可以驱动海水里面的颗粒并且强迫它们做圆周运动，导致海面起伏，即风浪。海面的风越大，则风压就越大，波长和波高也就越大。俗话说：“大风大浪”，也就是如此。

但有一种意想不到的情况。如果海面风向发生变化，与波浪形成“逆流”，那么“大风和巨浪”就无从谈起。此时，风阻碍了波浪的前进，沿海面切线的压力阻碍了海洋粒子的原始圆周运动。海面不再稳定，波浪被风吹成波浪。然后呢，形成喷雾的必要条件是“风浪逆流”。很明显的是，轻微的风并不能阻止波浪的前进，又或者，风速必须足够大才可以把海水吹成波浪，这也是波浪形成的另外一个必然条件。海面上足够大的风速一般情况下会受到波速、海水密度，海面张力的影响，一般的情况是非常复杂的。根据国外物理学家、拉姆的计算，逆流一般至少为12.6海里/小时。

那么风是如何把波浪变成浪花的呢？因为波峰处的圆周的运动半径比较大，位置也高，动量还有势能大；相反呢，波峰水槽处水质点的动量和势能就会较小。因此，在沿海面切线方向相同大小的风压下，波峰处水质点的流速大于波谷处的流速，使波浪变得不对称、前倾和弯曲，最终崩塌形成波浪。

和前面所说的一样，波浪中的每个“水质点”不会“随波漂流”，而是“在原地”作圆周运动。离海面上的粒子越近，圆周运动的半径就越大。当水深低于某个波长时，水质点处于静止状态。然而，在比较浅的水或靠近陆地的水域附近，因为水与河底部或者和海床的摩擦，水质点的圆周运动则会变成“椭圆运动”，运动的速度自上而下就会慢慢变小。换言之，在海浪波峰处的水质点仍然会以最原始速度向前移动，但是，波谷处的水质点的速度则会慢很多，这也会使波浪不对称、向前倾斜和弯曲。离海岸越近，前弯越严重。最后，它崩塌并形成波浪，称为“破碎波”。撞击海岸的东西被称为“岸波”，激起的波浪是岸波。高速拍打在“抛石”上的波浪自然会“拍打海岸，卷起数千堆雪”。一个“节拍”字和一个“音量”字非常生动和科学。

当波浪绽放时，科学家用高速摄影技术发现，波浪尖会迅速滚动到部分空气中，形成无数个不同程度厚度的“气管”。在坍塌的瞬间，无数不同厚度的气管被水压碎，变成更大的气泡和水滴，到处飞溅。当浪尖与水碰撞时，大气泡会变成更多的小气泡和水滴，汹涌而飞。振动产生的频率和声音随气管厚度的不同而不同。气泡的频率和声音随气泡的大小而变化。

因此，不同厚度的气管就像无数的长号、萨克斯管、大管和低音管。大气泡就像无数的大提琴、低音提琴和小竖琴。这些小气泡就像无数的琵琶和古筝。当泡沫破裂时，它们就像无数的大鼓和小鼓。同时在演奏！简直惊天动地。