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孤立波
本詞條是多義詞，共2個義項
孤立波有限振幅波的一種，只有一個波峰或波谷，而且只出現(xiàn)在淺水水域中。
基本信息
| 中文名 | 孤立波 |
| 外文名 | Solitary Wave |
| 發(fā)現(xiàn)時間 | 1844年 |
| 理論成立依據(jù) | 孤立波解 |
| 發(fā)現(xiàn)人 | 斯各特·羅素 |
| 數(shù)學(xué)理論 | 淺水波KdV方程 |
| 特點 | 只有一個波峰或波谷 |
| 出現(xiàn)領(lǐng)域 | 只出現(xiàn)在淺水水域中 |
收起
來源
1834年秋，英國科學(xué)家、造船工程師羅素在運河河道上看到了由兩匹駿馬拉著的一只迅速前進(jìn)的船突然停止時，被船所推動的一大團(tuán)水卻不停止，它積聚在船頭周圍激烈地擾動，然后形成一個滾園、光滑而又輪廓分明的大水包，高度約為0.3～0.5米，長約10米，以每小時約13公里的速度沿著河面向前滾動。羅素騎馬沿運河跟蹤這個水包時發(fā)現(xiàn)，它的大小、形狀和速度變化很慢，直到3～4公里后，才在河道上漸漸地消失。羅素馬上意識到，他所發(fā)現(xiàn)的這個水包決不是普通的水波。普通水波由水面的振動形成，振動沿水平面上下進(jìn)行，水波的一半高于水面，另一半低于水面，并且由于能量的衰減會很快消失。他所看到的這個水包卻完全在水面上，能量的衰減也非常緩慢(若水無阻力，則不會衰減并消失)。并且由于它具有圓潤、光滑的波形，所以它也不是激波。羅素將他發(fā)現(xiàn)的這種奇特的 波包稱為孤立波，并在其后半生專門從事孤立波的研究。他用大水槽模擬運河，并模擬當(dāng)時情形給水以適當(dāng)?shù)耐苿樱佻F(xiàn)了他所發(fā)現(xiàn)的孤立波。羅素認(rèn)為孤立波應(yīng)是流體力學(xué)的一個解，并試圖找到這種解，但沒有成功。
發(fā)展
羅素十年后向英國科學(xué)促進(jìn)會報告了自己的觀點，但卻沒能說服他的同事們，羅素所發(fā)現(xiàn)的孤立波現(xiàn)象也未能引起人們的注意。
50年以后，即1895年，兩位數(shù)學(xué)家科特維格與得佛里斯從數(shù)學(xué)上導(dǎo)出了有名的淺水波KdV方程，并給出了一個類似于羅素孤立波的解析解，即孤立波解，孤立波的存在才得到普遍承認(rèn)。
在羅素逝世100周年即1982年，人們在羅素發(fā)現(xiàn)孤立波的運河河邊樹起了一座羅素像紀(jì)念碑，以紀(jì)念148年前他的這一不尋常的發(fā)現(xiàn)
波動描述
當(dāng)水質(zhì)點僅在波浪傳播方向運動時，該種波浪稱為移動波，孤立波屬于這種類型。純粹孤立波的全部波剖面在靜水面以上，波長為無限，如圖3所示。設(shè)波峰沿正x方向傳播，當(dāng)波峰位于水面質(zhì)點t的左側(cè)很遠(yuǎn)距離時，質(zhì)點Z的運動可以忽略。隨著波峰的移近，質(zhì)點1開始向上并向右移動。波峰經(jīng)過時，質(zhì)點正上升至最高位置；當(dāng)波峰移去時，此質(zhì)點傾斜下降，直至波峰傳至相當(dāng)遠(yuǎn)，此質(zhì)點又恢復(fù)幾乎無運動的狀態(tài)，而位于水面點1‘的位置。質(zhì)點1的軌跡為一拋物線，由于波峰經(jīng)過而移動了一段水平距離1-1' 。質(zhì)點2的軌跡和質(zhì)點1的相似，其水平移動距離和1-1‘也大致相等，但上升的高度較質(zhì)點1小。水底質(zhì)點3則沿底而移至3'。在自然界中，純粹的孤立波是難于形成的。但河道中傳播的洪水波，或當(dāng)波浪傳向近岸淺水區(qū)接近破碎時的波面形狀和運動特性與孤立波比較接近。因此在海洋工程中為研究波浪的破碎水深、泥沙運動以及分析破碎波對海工結(jié)構(gòu)物的作用等問題中，孤立波理論得到了廣泛的應(yīng)用。
孤立波
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