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重力波 (流體力學)

指数 重力波 (流體力學)

重力波(gravity waves)在流體力學,是在液體介質內或兩種介質界面間(例如大氣與海洋間)的一種波,其恢復力來自於重力或浮力。當一小團液體離開液面(界面類型)或者在液體中到了一個液體密度不同之區域(液體內類型),透過重力作用,這團液體會以波動形式在平衡態之間擺盪。 在液體介質內的類型又稱為內波,在兩界面間的類型又稱為表面重力波或表面波。海浪及海嘯也是重力波的一種表現。 重力波的傳播速度以c表示,重力加速度以g表示;其與波長及液體深度相關。 在液體深度大於二分之一波長時,波速c與波長λ相關,關係式如下: 在液體深度比波長小許多的場合,波速c則與深度h相關,關係式如下: 大气中的重力波可以产生多种效应。.

13 关系: 密度引力开尔文波空气罗斯贝波面波重力加速度波长液体浮力海啸海洋海浪

密度

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引力

重力(Gravitation或Gravity),是指具有质量的物体之间相互吸引的作用,也是物体重量的来源。 引力与电磁力、弱相互作用力及强相互作用力一起构成自然界的四大基本相互作用。在这四种基本相互作用中,引力是最弱的一种,但同时也是一种长程有效作用力。在现代物理学中,引力一般由广义相对论来精确描述,认为引力反映了物体的惯性在弯曲时空中的表现。而经典力学中的牛顿万有引力定律则是对引力在通常物理条件下的极好的近似描述。 在地球上,地球对地面附近物体的万有引力赋予了物体的重量,并使物体落向地面。在宇宙中,引力让物质聚集而形成天体,同时也让天体之间相互吸引,形成按照轨道运转的天体系统。此外,月球以及太陽对地球上海水的引力,形成了地球上的潮汐。.

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开尔文波

开尔文波(Kelvin Wave)是发生在大气或海洋中的,迎向地形边界(例如海岸线)平衡科氏力的波动现象。开尔文波的一个特征是非弥散性,也就是说,波峰的相速度与波能的群速度在所有频率时均相等。这一特性意味着它在沿岸方向始终保持它的形状。 流体动力学意义上的开尔文波是超流体动力学中的一种大尺度的漩涡紊动模式;在气象学和海洋学推导研究中,可以假定经线方向速度分量为零(也就是假定没有南北向的流动,故可简化动量及连续性方程)。.

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空气

气是指地球大气层中的气体混合。它主要由78%的氮气、21%氧气、还有1%的稀有气体和杂质组成的混合物。空气的成分不是固定的,随着高度的改变、气压的改变,空气的组成比例也会改变。但是长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质,直到后来法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。19世纪末,科学家们又通过大量的实验发现,空气裡还有氦、氩、氙、氖等稀有气体。 在自然状态下空气是无味无臭的。 空气中的氧气对于所有需氧生物来说是必需。所有动物都需要呼吸氧气,植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用,二氧化碳是近乎所有植物的唯一的碳的来源。.

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罗斯贝波

天气图上的对流层中上层呈波状形式的气压场或流场中,在北半球会有3~5个波,这种波即大气长波。由于其水平尺度与地球半径相当,也称行星波(planetary waves)。1939年,卡尔-古斯塔夫·罗斯贝首先从理论上研究了其性质,并做出卓越贡献,后世为了纪念他所建立的大气长波理论,而称大气长波为罗斯贝波。 罗斯贝波波速与风速相当,量级在10m/s,传播具有准水平、无辐散的特点,属于涡旋性慢波。大尺度天气过程与大气长波关系十分密切,所以罗斯贝波在大尺度气象研究中,占有十分重要的地位。 罗斯贝波的形成,与地转参数随纬度的变化有关,即β效应(, or simply beta)所引起。.

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面波

面波,又稱表面波(Surface wave),是沿不同介质(常常是两密度不同的流体)界面传播的波。折射率梯度波导下的电磁波也可以成为表面波。地波(沿地面传播的无线电波)也是一种表面波。.

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重力加速度

重力加速度是一個物體仅受重力作用的情況下所具有的加速度。重力加速度會隨高度增加而下降。 假設一個質量為m的質點與一質量為M的均勻球體的距離為r時,質量所受的重力大小為: 其中G為重力常數。 根据牛頓第二定律 可得重力加速度為 和质量没关系.

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波长

波长是一個物理學的名詞,指在某一固定的頻率裡,沿着波的传播方向、在波的图形中,離平衡位置的「位移」與「時間」皆相同的两个质点之间的最短距离。在物理學,波長普遍使用希臘字母λ來表示。.

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液体

液体(Liquid)是物质的四个基本状态之一(其它状态有固体、气体、等离子体),没有确定的形状,但有一定体积,具有移动与转动等运动性。液体是由经分子间作用力结合在一起的微小振动粒子(例如原子和分子)组成。水是地球上最常见的液体。和气体一样,液体可以流动,可以容纳于各种形状的容器。有些液体不易被压缩,而有些则可以被压缩。和气体不同的是,液体不能扩散布满整个容器,而是有相对固定的密度。液体的一个与众不同的属性是表面张力,它可以导致浸润现象。 液体的密度通常接近于固体,而远大于气体。因此,液体和固体都被归为凝聚态物质。另一方面,液体和气体都可以流动,都可被称为流体。虽然液态水在地球上很丰富,但在已知的宇宙中,液态并不是最常见的物态。因为液体的存在需要相对较窄的温度和压强范围。宇宙中最常见的物态是气体(如星际云气)和等离子体(如恒星中)。.

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浮力

浮力(buoyancy 或 upthrust),物理学名词。一般指物理体在流体(包括液体和气体)中,各表面受流体(液体和气体)压力的差(合力)。浮力的单位是牛顿(N)。.

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海啸

海啸是一种具有强大破坏力的海浪。当地震发生於海底,因震波的动力而引起海水剧烈的起伏,形成强大的波浪,向前推进,将沿海地带一一淹没的自然現象,称之为海啸。.

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海洋

海洋即“海”和“洋”的总称。一般人们将大陆边缘的水域被称为“海”,把远离陆地的水域称为“洋”。少数地球以外的星体曾经也有海洋,一些尚有海洋或冰洋,如卫星土卫六的甲烷海洋、木卫二表面的冰等,一些行星如火星、金星曾经可能有过海洋或火浆洋。.

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海浪

海浪(wave)是發生在海洋表面上的表面波,即沿著水與空氣界面間傳行的一種波動,屬於重力波的一種類型。當風吹起時,風所帶來的壓力及摩擦力對海洋表面的平衡態產生擾動,一些能量自風轉移到水上。水能夠自風得到能量是因為兩者間的摩擦力,使得表面粒子以橢圓式運動移動著,這種橢圓式運動是縱波(往覆運動)與橫波(上下運動)所合成。海浪的波动有随机性;因为海面的风速、风向随时随地变化,所以海浪通常是杂乱无章的,其波高、波长和周期都为随机量。.

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大气重力波重力波 (流体力学)

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