Гидрофизика

Слайд 1

Гидрофизика (физика воды) - наука, изучающая физические свойства воды и процессы происходящие в гидросфере. Физика вод суши (реки, озера, болота, ) Физика вод океана ( мировой океан, моря) Физика подземных вод (подземные воды, источники) «Среди веществ, изучаемых физиками , вода во многих отношениях является самым трудным» В.В. Шулейкин

Слайд 2

История развития гидрофизики 1612 год Галилей доказал, что способность, тела плавать зависит не от формы тела, а от плотности, поэтому лед плавающий в воде имеет меньшую плотность чем вода. 1635 год Аджунти , Бойль доказали, что вода при замерзании увеличивается в объеме 1665 год Х. Гюйгенс переложил использовать температура таяния льда и кипения воды за основные точки термометра. 1675 год Д. Пален доказал, что температура кипения зависит от давления. 1772 год Делюк обнаружил, что наибольшая плотность воды при температура +4 0 С. 1772 год Гей-Люссак дал теоретическое объяснение образования внутриводного льда. М.В. Ломоносов, дал первую классификацию льда, и открыл особые свойства льда. 1860 год Д.И. Менделеев ввел понятие критической температуры. 1911 год Э. М. Ольдекоп выполнил оценку суммарного испарения. 1933 год Ф.И. Бындин переложил формулу расчета толщины льда. 1975-1996 Р.В Донченко, В.А. Бузин , В.Д. Винников, описали физическими уравнениями процессы, происходящие при образовании и разрушении ледового покрова . В настоящее время вопросами гидрофизики занимаются во многих научных институтах ученые в России, США, Германии, Франции и других странах . «Вода есть элемент или первое начало , вещество самостоятельное , простое, чистое, неделимое и невоспроизводимое» Дидро и Деламбер

Слайд 3

Роль гидрофизики Расчет и прогноз ледового режима участков реки; Расчет параметров заторов и зажоров, количества шуги и . т.д. Расчет давления ледового покрова на опоры мостов, вызванных расширением льда при повышении температуры Расчет нагревания и охлаждения водоемов Формирование и таяние снежного покрова Расчет параметров многолетней мерзлоты «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравнится с ней по влиянию на ход основных самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества , минерала, горной породы, живого тела, которое её бы не заключало. Все земное вещество ею проникнуто и охвачено. Вода привела в действие мертвую природу, она же источник развития живой природы» академик В.С.Вернадский

Слайд 4

Разделы гидрофизики Для понимания процессов , происходящих в гидросфере , необходимо знать свойства воды, как физического тела. Из общефизических вопросов гидрофизика изучает молекулярное строение воды во всех её агрегатных состояниях , физико-механические, радиационные , оптические, акустические, электрические и другие свойства воды , водяного пара , снега и льда.

Слайд 5

Термический режим Изменение плотности воды при фазовом изменении агрегатного состояния ( при образовании льда плотность увеличиватся на 10%, т.к. Кристаллическая решетка деформируется переходя от кварцевой , к тридимитовой) при этом более плотные массы спускаются вниз, а менее плотные – поднимаются, так происходит перемешивание воды . И по всей толще не установится температура воды 4 0 С ( осенняя гомотермия)

Слайд 6

Термический режим Дальнейшее охлаждение воды идет происходит только она поверхности. Ниже , в соответствии с изменением плотности располагается слой с последовательно увеличивающейся температурой, все более приближающейся к 4 0 С При продолжающемся понижении температуры воздуха верхние слои воды охлаждаются до 0 0 С и замерзают . Наблюдается обратная термическая стратификация ( зимний период)

Слайд 7

Термический режим С момента, когда за счет притока тепла из атмосферы будет происходить нагревание верхних слоев воды , как более плотные они будут опускается вниз, а на их место поднимутся более холодные, но менее плотные. Конвективное перемешивание будет продолжатся пока не наступит весенняя гомотермия

Слайд 8

Термический режим Дальнейшее нагревание за счет теплообменом с воздухом поверхностных слоев приводит к повышению их температуры, но распространение тепла в глубину конвекцией происходить не будет. Прямая термическая стратификация

Слайд 9

Ледовый режим Формирование ледового покрова на водоемах и водотоках протекает в результате, процессов теплообмена верхнего слоя водного потока с окружающей средой в осенне-зимний период. Последовательность ледового режима – забререги -сало- шугоход- осенний ледоход-ледостав - закраины вскрытия ( заторы) - ледоход. Поскольку плотность льда меньше плотности воды, то лед остается на поверхности, и защищает водоток от переохлаждения.

Слайд 10

Почему при таянии льда образуются заторы? При подъеме уровня воды в реке, вызванным весенним таянием снега, осадками или паводочной волной происходит отрыв ледяного покрова от берегов с образованием закраин, при затруднении транспорта льда ниже по течению возникают заторы льда ( скопление мелкобитого льда, вызывающего подъем уровня воды выше головы затора) . Силовые условия формирования затора это : Ра – активная сила вызванная тернием потока о нижнюю поверхность сплошного ледяного покрова выше по течению Ртр - сила трения битого льда о берега, Рб - сила действующая нормально к берегу со стороны раздробленного льда Рн - сила ледяного скопления ниже по течению . Рз – сила , обусловленная тернием потока о нижнюю поверхность самого затора. Р i – Сила, определяемая массой льда затора , выступающего надо водной поверхностью Pw - сила , обусловленная действием ветра на верхнюю поверхность затора ( Эти силы незначительны и при расчете ими пренебрегают ) Если нарушается условие равновесия, то происходит прорыв затора.

Слайд 11

Почему реки не текут прямо? Это явление является называется меандрирование и является следствием того, что прямолинейное движение текущей жидкости неустойчиво и да же на равнине есть уклон русла. При самой минимальной скорости течения, которая может быть вызвана любым случайным явлением - выбоиной в русле, упавшим деревом один берег станет размываться несколько сильнее другого. Образовавшееся нарушение берега станет увеличиваться и со временем перерастёт в извилину - меандр. В движущейся жидкости на каждую частицу действует результирующая сила таким образом, что частица подвержена действию центростремительной силы равной : , где R - расстояние движущейся частицы от оси вращения . Сила тем больше, чем больше расстояние R. Таким образом, должна возрастать горизонтальная составляющая силы, действующей на движущуюся частицу со стороны других частиц. Поверхность вращающейся жидкости в итоге принимает форму параболоида вращения.. Таким образом можно видеть, что частицы придонным течением переносятся к внутреннему берегу. Наружный берег размывается, размывается дно реки у этого берега, профиль русла оказывается сильно асимметричным. Перенос твердых частиц к внутреннему берегу меняет его конфигурацию, что еще более способствует искривлению русла.

Слайд 12

Благодарю за внимание!