В НИУ ВШЭ смоделировали возникновение «волн-убийц» в стоячих волнах

Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters. Статья получила отметку «выбор редактора», демонстрирующую ее «особую важность, новизну и широту приложения». Исследование выполнено при поддержке Мегагранта правительства России в рамках нацпроекта «Наука и университеты» и гранта РФФИ.

Аномально высокие волны, которые также известны как волны-убийцы, возникают внезапно. Часто именно они становятся причиной трагических инцидентов с кораблями и платформами в открытом море, а также у берегов. В отличие от цунами, возникающих в результате подводных землетрясений или оползней, появление «волн-убийц» не связано с катастрофическими геофизическими событиями. Возникновение аномально высоких волн объясняют физическим механизмом самомодуляции, когда волны без каких-либо внешних воздействий собираются в короткие интенсивные группы, что и приводит к появлению волн неожиданно большой высоты.

Среди пионеров изучения самомодуляции и самофокусировки волн в 1960-х годах были ученые «горьковской школы», сегодня открытые ими эффекты широко используются в современной физике. Результаты нового исследования существенно обобщают область применимости разработанной ранее теории самомодуляции волн, включая аналитические решения – прототипы «волн-убийц». На основе лабораторных экспериментов и прямого численного моделирования исследователи демонстрируют, что встречные волны не ослабляют нарастания «волны-убийцы». Исследование показало, что такие волны могут возникать в полях стоячих волн, которые образуются из-за отражения бегущих к берегу волн от преград: стационарных конструкций, крутых утесов и берегов.

Экспериментальная часть выполнялась в лаборатории Сиднейского университета в специально оборудованном волновом лотке, оснащенном волнопродуктором. Первая последовательность волн, создаваемая подвижной стенкой, пробегала лоток и после отражения от противоположной стенки встречалась со второй последовательностью генерируемых волн. Вторая последовательность содержала затравочное возмущение, по мере движения оно вырастало в короткую группу, содержащую очень высокие волны. Численное моделирование проводилось в рамках полных уравнений гидродинамики, а также в рамках упрощенных, но описывающих ключевые эффекты уравнений. Это позволило промоделировать эволюцию волн на расстояниях, превышающих возможности существующих в мире лабораторных установок.

«Полученный результат достигнут благодаря многолетнему сотрудничеству интернациональных групп. То, что предсказывают приближенные теоретические модели, мы смогли смоделировать на поверхности воды в реалистичных для моря условиях. Предполагаем, что обнаруженный эффект может иметь общий для других физических сред характер», — комментирует один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории динамических систем и приложений сотрудник Алексей Слюняев. Ученые планируют продолжить исследования родственных эффектов в более сложных волновых конфигурациях (скрещенных волновых систем, волн с разными длинами и иных). 

НИУ ВШЭ

360 статей

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из крупнейших и самых востребованных вузов России. В университете учится 54 тысячи студентов и работает почти 4,5 тысячи учёных и преподавателей. НИУ ВШЭ ведёт фундаментальные и прикладные исследования в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также креативных индустрий. В университете действуют 47 центров превосходства, или международных лабораторий. Вышка объединяет ведущих мировых исследователей в области изучения мозга, нейротехнологий, биоинформатики и искусственного интеллекта. Университет входит в первую группу программы «Приоритет-2030» в направлении «Исследовательское лидерство». Кампусы НИУ ВШЭ расположены в четырех городах — Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в цифровом пространстве — «Вышка Онлайн».

Показать больше