Волны в атмосфере

Во'лны в атмосфе'ре,процесс распространения периодических или почти периодических движений, налагающихся на общий перенос воздуха. Кроме упругих продольных звуковых и взрывных волн, в атмосфере существует несколько типов атмосферных волн, различных по происхождению и характеру со значительно бо'льшими длинами волн, о периодичности этих волн можно говорить лишь приближённо. К таким волнам относятся волны, развивающиеся на границе двух воздушных слоёв, движущихся с разными скоростями и имеющими различные плотности и температуры. При этом в гребнях волн, где имеет место восходящее движение воздуха, происходит охлаждение воздуха, содержащийся в нём водяной пар конденсируется, и образуются облака. В долинах волн, где возникают нисходящие течения, воздух нагревается и удаляется от состояния насыщения, и небо между гребнями остается чистым, в результате появляются гряды волнистых облаков. Аналогичный процесс происходит в так называемых горных волнах, возникающих при обтекании гор, возвышенностей и т.п. (см. рис. ). Колебательные движения продолжаются довольно долго после того, как данный объём воздуха миновал горное препятствие. Волны этого типа - короткие волны - широко распространены. Они влияют на полёт летательных аппаратов, часто порождая, например, болтанку самолётов. Амплитуда и длина волн этого типа тем больше, чем больше разность скоростей движущихся масс и чем меньше разность плотностей и температур. Длина волн - от сотен мдо десятков км, а амплитуда до 1-2 км. Скорости восходящих движений, например, в гребнях горных волн могут достигать нескольких м/сек, этой их особенностью пользуются планеристы.

  Кроме коротких В. в а. (когда частицы колеблются в вертикальной плоскости), в атмосфере существуют волны крупного масштаба с длинами в сотни и тысячи км; колебания в этом случае происходят преимущественно в горизонтальном направлении. Во-первых, это циклонические волны, возникающие на фронтах атмосферных , т. е. на границах между воздушными массами с разной температурой. При потере устойчивости эти волны приводят к образованию циклонов . Существуют также так называемые длинные волны: господствующий в средних широтах земной атмосферы западный поток является волнообразным; длина этих волн порядка нескольких тысяч км, так что по окружности земного шара обычно укладывается несколько (3-6) длинных волн. Одна из причин их возникновения - различие в температурных условиях континентов и океанов. Циклонические и длинные В. в а. определяют режим погоды над большими территориями; их изучение играет первостепенную роль для прогноза погоды.

  Существуют и другие типы В. в а.: волны тропопаузы - изменения высоты тропопаузы при перемещении в атмосфере циклонов и антициклонов; приливные волны, обусловленные притяжением Луны и Солнца (см. Приливы и отливы ); сейсмические волны, связанные с землетрясениями, а также с падением метеоритов.

  Н. П. Шакина.

Рисунок к ст. Волны в атмосфере.

Волны де Бройля

Во'лны де Бро'йля,волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, отражающие их квантовую природу.

  Впервые квантовые свойства были обнаружены у электромагнитного поля. После исследования М. Планком законов теплового излучения тел (1900) в науку вошло представление о «световых порциях» - квантах электромагнитного поля. Эти кванты - фотоны - во многом похожи на частицы (корпускулы): они обладают определённой энергией и импульсом, взаимодействуют с веществом как целое. В то же время давно известны волновые свойства электромагнитного излучения - они проявляются, например, в явлениях дифракции и интерференции света. Таким образом, можно говорить о двойственной природе фотона, о корпускулярно-волновом дуализме.

  В 1924 Л. де Бройль выступил с поразительной по смелости гипотезой о том, что корпускулярно-волновой дуализм присущ всем без исключения видам материи - электронам, протонам, атомам и т.д., причём количественные соотношения между волновыми и корпускулярными свойствами частиц те же, что и установленные ранее для фотонов. А именно, если частица имеет энергию Eи импульс p, то с ней связана волна, частота которой v= E/ hи длина волны l = h/p, где h» 6·10 ^-27 эрг·сек- постоянная Планка. Эти волны и получили название В. де Б.

  Для частиц не очень высокой энергии l= h/mv, где mи v- масса и скорость частицы. Таким образом, длина В. де Б. тем меньше, чем больше масса частицы и её скорость. Например, частице массой в 1 г, движущейся со скоростью 1 м/сек, будет соответствовать В. де Б. с l » 10 ^-18Е, что лежит за пределами доступной наблюдению области. Поэтому ясно, что волновые свойства несущественны в механике макроскопических тел. Для электронов же с энергиями от 1 эвдо 10 000 эв(1 эв= 1,6·10 ^-19 дж) длины В. де Б. лежат в пределах от 10 Е до 0,1 Е, т. е. в интервале длин волн рентгеновых лучей. Поэтому волновые свойства электронов должны проявиться, например, при их рассеянии на тех же кристаллах, на которых наблюдается дифракция рентгеновых лучей.

  Первое экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля было получено в 1927 в опытах К. Дэвиссона и Л. Джермера . Пучок электронов ускорялся в электрическом поле с разностью потенциалов 100-150 в(энергия таких электронов 100-150 эв, что соответствует l » 1 Е) и падал на кристалл никеля, играющий роль пространственной дифракционной решётки . Было установлено, что электроны дифрагируют на кристалле, причём именно так, как должно быть для волн, длина которых определяется соотношением де Бройля. Волновые свойства электронов, нейтронов и других частиц, а также атомов и молекул теперь не только надёжно доказаны прямыми опытами, но и широко используются в установках с высокой разрешающей способностью, так что можно говорить об инженерном использовании В. де Б. (см. Дифракция частиц ).

  Подтверждённая на опыте идея де Бройля о двойственной природе микрочастиц принципиально изменила представления об облике микромира. Если раньше частицы, например электроны, абсолютно противопоставлялись волнам, в частности электромагнитным, то гипотеза об универсальности корпускулярно-волнового дуализма существенно изменила положение. Поскольку всем микрообъектам (по традиции за ними сохраняется термин «частицы») присущи и корпускулярные, и волновые свойства, то, очевидно, любую из этих «частиц» нельзя считать ни частицей, ни волной в классическом понимании этих слов. Возникла потребность в такой теории, в которой волновые и корпускулярные свойства материи выступали бы не как исключающие, а как взаимно дополняющие друг друга. В основу такой теории - волновой, или квантовой механики - и легла концепция де Бройля, уточнение которой привело к вероятностной интерпретации В. де Б.

  Однако еще до построения квантовой механики было сделано несколько попыток увязать корпускулярные свойства с волновыми. Самая интересная из них - попытка рассматривать частицу как волновой пакет . При наложении ряда (вообще говоря, бесконечного числа) распространяющихся примерно по одному направлению монохроматических волн с близкими частотами результирующая волна может приобрести вид летящего в пространстве «всплеска», т. е. в какой-то области амплитуда такой совокупности волн значительна, а вне этой области исчезающе мала. Такой «всплеск», или пакет, волн и предлагалось рассматривать как частицу, составленную из В. де Б. Сильным аргументом в пользу этой идеи являлось то, что скорость распространения центра пакета (групповая скорость) оказалась равной механической скорости частицы. Однако скорость волны зависит от её частоты, поэтому скорости слагающих пакет В. де Б. различны и со временем пакет должен расплываться (а при определённых условиях может даже разделиться на несколько пакетов). Следовательно, представление о частицах как о волновых пакетах ошибочно.

  Общепринятая интерпретация В. де Б. была дана М. Борном (1926), выдвинувшим идею о том, что волновым законам подчиняется величина, описывающая состояние частицы, т. е. её волновая функция y, квадрат которой определяет вероятность обнаружить частицу в различных точках и в различные моменты времени. Волновая функция свободной частицы с точно заданным импульсом и является В. де Б. В этом случае |y| ²= const, т. е. вероятность обнаружить частицу во всех точках одинакова. Таким образом, В. де Б. - не какие-либо физические материальные волны, а волны вероятности.

  Лит.см. при ст. Квантовая механика .

  В. И. Григорьев.

Волны жизни

Во'лны жи'зни,колебания (или флюктуации) численности особей в популяции . Термин введён русским биологом С. С. Четвериковым в 1915. Подобные колебания численности могут быть сезонными или несезонными, повторяющимися через различные промежутки времени; обычно они тем длиннее, чем продолжительнее цикл развития организмов. Часто В. ж. сопровождаются колебаниями ареала популяций. Четвериков указал на эволюционное значение В. ж. в качестве фактора, могущего изменять направление и интенсивность отбора, а также концентрации генов, содержащихся в популяциях. Впоследствии термин «В. ж.» был заменён понятием популяционные волны (один из 4 элементарных эволюционных факторов - мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор). Основное значение В. ж. сводится к случайным изменениям концентраций (особенно невысоких) различных мутаций и генотипов , содержащихся в популяциях, а также к ослаблению давления отбора при увеличении и его усилению при уменьшении численности особей в популяции. Под термином «В. ж.» иногда (советский геолог Б. Л. Личков и некоторые др.) также подразумевают этапы развития растительного и животного мира, примерно соответствующие смене геологических циклов.

  Лит.:Тимофеев-Ресовский Н. В., Микроэволюция, элементарные явления, материал и факторы микроэволюционного процесса, «Ботанический журнал», 1958, т. 43, №3.

  Н. В. Тимофеев-Ресовский.

Волны Мартено

Во'лны Мартено',электрический музыкальный инструмент, сконструированный французским изобретателем М. Мартено (М. Martenot, р. 1898) в 1928. Имеет клавиатуру фортепьянного типа (7 октав). Даёт возможность исполнять только одноголосную музыку; тембр звука может варьироваться. Сочинения для В. М. или с участием этого инструмента написаны композиторами Д. Мийо, А. Жоливе, А. Онеггером и др.

Волны морские

Во'лны морски'е,волны на поверхности моря или океана. Благодаря большой подвижности частицы воды под действием разного рода сил легко выходят из состояния равновесия и совершают колебательные движения. Причинами, вызывающими появление волн, являются приливообразующие силы Луны и Солнца, ветер, колебание атмосферного давления, подводные землетрясения и деформации дна. В соответствии с этим В. м. подразделяются на приливные (см. Приливы и отливы ), ветровые, барические (см. Сейши ) и сейсмические (см. Цунами ).

  В большинстве случаев волновые движения отличаются неправильностью формы. Следует различать перемещение частиц в волне и видимое движение формы волны, заключающееся в передвижении в пространстве её профиля. Частицы в волне совершают перемещение по замкнутым или почти замкнутым траекториям ( рис. 1 ).

  Основные характеристики В. м. - их высота, равная расстоянию по вертикали между гребнем и подошвой волны ( рис. 2 ), длина волны - расстояние по горизонтали между двумя смежными вершинами или подошвами волн, скорость перемещения формы волны, или фазовая скорость, период волны. Период ветровых В. м. не превосходит 30 сек, барические и сейсмические В. м. имеют период, исчисляемый минутами, десятками минут и часами. Периоды приливных волн измеряются часами.

  В зависимости от преобладающей роли сил, участвующих в формировании волновых движений, волны подразделяются на гравитационные и капиллярные (см. Волны на поверхности жидкости ). Волны, продолжающие существовать после окончания действия сил, их вызвавших, называются свободными, в отличие от вынужденных волн, поддерживаемых непрерывным притоком энергии.

  Ветровые волны - вынужденные волны, образующиеся за счёт энергии ветра, передаваемой волнам путём непосредственного давления воздушного потока на наветренные склоны гребней и его трения о поверхность волны ( рис. 3 ). Развитие ветровых волн начинается с образования ряби, являющейся капиллярными волнами. Возрастая, капиллярные волны превращаются в гравитационные, которые постепенно увеличиваются по длине и высоте. В начальной стадии развития волны бегут параллельными рядами, которые затем распадаются на обособленные гребни (трёхмерное волнение). Взволнованная ветром поверхность воды приобретает весьма сложный рельеф, непрерывно изменяющийся во времени. На поверхности моря всегда существуют ветровые волны самые разнообразные по своим размерам (иногда достигая длины до 400 м, высоты 12-13 ми скорости распространения 14-15 м/сек).

  В глубоком море размеры волн и характер волнения определяются скоростью ветра, продолжительностью его действия, «разгоном волн», т. е. расстоянием от подветренного берега в направлении ветра до точки наблюдения, а также структурой ветрового поля и конфигурацией береговой черты. В мелком море дополнительным фактором, влияющим на процесс образования волн, является глубина моря и рельеф дна; малые глубины ограничивают рост волн. Если ветер, вызвавший волнение, стихает, то ветровые волны постепенно преобразуются в свободные волны, называемые зыбью, волны которой имеют более правильную у форму, чем ветровые волны, и бо'льшую длину гребней. Наиболее часто встречается смешанное волнение, при котором одновременно наблюдаются зыбь и ветровые волны.

  Изучение В. м. представляет большой практический интерес в связи с многочисленными проблемами мореплавания, морского гидротехнического строительства, кораблестроения и т.д. и требует детальных теоретических и экспериментальных исследований с помощью различных инструментов, устанавливаемых на судах и на берегу.

  Приборами для наблюдения за ветровыми волнами являются волномерные рейки или вехи, волномеры и волнографы различных систем. Стереофотосъёмка позволяет регистрировать состояние поверхности моря на большой площади. Регистрация длиннопериодных В. м. (например, приливных волн) производится приборами, называемыми мареографами .

  Лит.:Снежинский В. А., Практическая океанография, Л., 1951; Дуванин А. И., Волновые движения в море, Л., 1968: Шулейкин В. В., Физика моря, 4 изд., М., 1968.

  С. С. Войт.

Рис. 3. Действие ветра на волну.

Рис. 2. Схема волны.

Рис. 1. Схема распространения волны: круговые траектории движения частиц воды и профиль волны, перемещающейся вправо.

Волны на поверхности жидкости

Во'лны на пове'рхности жи'дкости, волны , возникающие и распространяющиеся по свободной поверхности жидкости или на поверхности раздела двух несмешивающихся жидкостей. В. на п. ж. образуются под влиянием внешнего воздействия, в результате которого поверхность жидкости выводится из равновесного состояния (например, при падении камня). При этом возникают силы, восстанавливающие равновесие: силы поверхностного натяжения и тяжести. В зависимости от природы восстанавливающих сил В. на п. ж. подразделяются на: капиллярные волны, если преобладают силы поверхностного натяжения, и гравитационные, если преобладают силы тяжести. В случае, когда совместно действуют силы тяжести и силы поверхностного натяжения, волны называются гравитационно-капиллярными. Влияние сил поверхностного натяжения наиболее существенно при малых длинах волн, сил тяжести - при больших.

  Скорость сраспространения В. на п. ж. зависит от длины волны l. При возрастании длины волны скорость распространения гравитационно-капиллярных волн сначала убывает до некоторого минимального значения

а затем вновь возрастает (s - поверхностное натяжение, g -ускорение силы тяжести, r -плотность жидкости). Значению c ₁соответствует длина волны

При l > l ₁скорость распространения зависит преимущественно от сил тяжести, а при l < l ₁- от сил поверхностного натяжения. Для поверхности раздела воды и воздуха l ₁= 1,72 см.

  Причины возникновения гравитационных волн: притяжение жидкости Солнцем и Луной (см. Приливы и отливы ), движение тел вблизи или по поверхности воды (корабельные волны), действие на поверхность жидкости системы импульсивных давлений (ветровые волны, начальное отклонение некоторого участка поверхности от равновесного положения, например местное возвышение уровня при подводном взрыве). Наиболее распространены в природе ветровые волны (см. также Волны морские ).

Волны Рэлея

Во'лны Рэле'я(по имени английского физика Дж. У. Рэлея ), вид упругих волн , распространяющихся вблизи свободной границы твёрдого тела и затухающих с глубиной.

Волны сдвига

Во'лны сдви'га,вид упругих волн в твёрдых телах, при распространении которых частицы среды смещаются перпендикулярно направлению распространения волны.

Волнянки

Волня'нки(Orgyidae, или Lymantriidae), семейство насекомых отряда бабочек. Крылья в размахе большей частью  30-70 мм. У бабочек ротовые органы рудиментарные (большинство не питается). Гусеницы многоядные, имеют густой волосяной покров; питаются листьями главным образом древесных растений. Куколки с волосистыми пучками на спинной стороне. Окукление в коконах. Зимуют в разных стадиях, но чаще зимуют гусеницы. Около 4000 видов. Распространены по всему свету, наиболее обильны во влажных тропических лесах Азии и Африки. В СССР - 62 вида, преимущественно в субтропических лесах; в степях, пустынях и тундрах - единичные виды. Многие В. вредят лесоводству и садоводству. Особенно большой вред наносят: непарный шелкопряд , монашенка , златогузка .

  Лит.:Кожанчиков И. В., Волнянки (Orgyidae), М. - Л., 1950 (Фауна СССР. Новая серия № 42. Насекомые чешуекрылые, т. 12).

  В. И. Кузнецов.

Волобуев Владимир Родионович

Волобу'евВладимир Родионович [р. 12(25).7.1909, Краснодар], советский почвовед, член-корреспондент АН СССР (1968), академик АН Азербайджанской ССР (1958). По окончании Кубанского с.-х. института (1930) работал на Муганской опытно-мелиоративной станции. В 1952-57 директор института почвоведения и агрохимии АН Азербайджанской ССР. В 1957-59 вице-президент, с 1959 академик-секретарь Отделения биологических наук АН Азербайджанской ССР. В результате исследования крупных ирригационно-мелиоративных объектов Азербайджанской ССР установил принципы мелиоративного районирования и создал теорию промывки почв; разрабатывал вопросы экологии, классификации и диагностики почв. Впервые развил положения об энергетике почвообразования. Премия им. В. В. Докучаева (1958), Государственная премия СССР (1967).

  Соч.: Промывка засоленных почв, Баку, 1948; Почвы и климат, Баку, 1953; Экология почв, Баку, 1963; Генетические формы засоления почв Кура-Араксинской низменности, Баку, 1965.

  Лит.:В. Р. Волобуев. Библиография, Баку, 1970.

Волобуев Павел Васильевич

Волобу'евПавел Васильевич (1.1.1923, деревня Евгеновка, ныне Тарановского района Кустанайской области Казахской ССР), советский историк, член-корреспондент АН СССР (1970). Член КПСС с 1944. Окончил исторический факультет МГУ (1950). С 1955 старший научный сотрудник института истории АН СССР, с 1966 заведующий сектором по изданию многотомной «Истории СССР», с 1969 директор института истории СССР АН СССР. Основные труды по изучению экономических, политических и социальных предпосылок истории и историографии Великой Октябрьской социалистической революции.

  Лит.:Монополистический капитализм в России и его особенности, М., 1956; Экономическая политика Временного правительства, М., 1962; Пролетариат и буржуазия России в 1917, М., 1964; В. И. Ленин об общих закономерностях Великой Октябрьской социалистической революции, М., 1966.

Воловец

Волове'ц,посёлок городского типа, центр Воловецкого района Закарпатской области УССР. Расположен в Карпатах, в межгорной котловине, на р. Вича. Железнодорожная станция. 4,3 тыс. жителей (1969). Лесокомбинат, соко-винный завод. Турбаза.

Воловик

Волови'к,растение семейства бурачниковых; то же, что анхуза итальянская .

Воловня

Воло'вня,постройка для содержания волов . Располагают на возвышенном сухом месте. При В. имеется помещение для хранения корма и его приготовления. Стойла обычно устраивают в 2 ряда с проходами для раздачи кормов в 1 ми с проходами для уборки навоза в 1,5 м. В. должна иметь хорошую вентиляцию, нормальное освещение и температуру зимой в пределах 4-10°С. В связи со строительством в совхозах и колхозах крупных механизированных скотных дворов В. утрачивает своё значение.