Министерство образования Российской Федерации
Санкт - Петербургский государственный университет
Физический факультет
Рассмотрено и рекомендовано
на заседании кафедры
радиофизики
|
УТВЕРЖДАЮ
декан факультета
________________ А.С. Чирцов
|
Протокол от №
Заведующий кафедрой
_____________________Н.Н.Зернов
|
|
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Волновые процессы в океане
Магистерская программа 510414/38 (СДМ.В.01-05)
Разработчики:
доцент, канд.физ.-мат.наук _________________ Т.Ю. Алёхина
Рецензент:
профессор, докт.физ.-мат.наук _______________В.А. Павлов
Санкт - Петербург - 2006 г.
1. Организационно-методический раздел
-
Цель изучения дисциплины: Обучение магистрантов аналитическим методам анализа волновых процессов в океане.
-
Задачи курса. Изучение типичных волновых возмущений в океане, их классификация. Изучение методов, используемых при описании линейных волновых процессов в однородных и неоднородных средах, а также нелинейных колебаний – в средах со слабой дисперсией. Анализ условий применимости различных приближений.
-
Место дисциплины в профессиональной подготовке выпускника:
Дисциплина «Волновые процессы в океане» является важной в подготовке магистров по программе «Нелинейная акустика». Она может быть полезна также магистрантам, специализирующимся в других областях физики.
1.4. Требования к уровню освоения дисциплины "Волновые процессы в океане":
-
Знать содержание дисциплины «Волновые процессы в океане»
-
уметь применять полученные знания при рассмотрении конкретных вопросов в области физики волновых процессов.
2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля
-
|
Всего аудиторных занятий
|
48 часов
|
|
из них: - лекций
|
48 часов
|
|
- практические занятия
|
нет
|
|
Самостоятельная работа студента (в том числе на курсовую работу по дисциплине)
|
30 часов
|
|
Итого (трудоемкость дисциплины)
|
78 часов
|
Изучение дисциплины по семестрам:
|
|
|
9 семестр: лекции - 48 ч.,
экзамен;
|
|
3. Содержание дисциплины
3.1.1. Темы дисциплин, их краткое содержание и виды занятий
Введение.
-
Линейная теория волн в океане.
Основные уравнения. Частота Вяйсяля – Брента.
Типы волновых движений: акустические, гравитационные, инерционные (гироскопические) волны. Приближение - плоскости.
Типы волновых движений: волны Россби. Приближение - плоскости.
-
Основы теории распространения звука в океане.
Акустические характеристики морской среды: скорость звука в морской воде, типичные профили распределения скорости звука. Подводный звуковой канал (ПЗК).
Представление поля в ПЗК в виде нормальных волн, интегральное представление, построение лучевого представления. Связь между различными представлениями поля.
Поле в ВКБ – приближении. Связь нормальных волн в ВКБ – приближении и лучей, зоны конвергенции.
Модель приповерхностного «линейного» волновода. Каустики, фактор фокусировки.
-
Внутренние волны.
Основные уравнения теории внутренних гравитационных волн (ВГВ).
Распространение ВГВ бесконечно малой амплитуды.
Нелинейные ВГВ установившегося типа. Приближение слабой нелинейности и дисперсии в мелководном бассейне. Уравнение Кортевега-де-Вриза. Исследование устойчивости стационарных нелинейных ВГВ. Параметры нелинейных ВВ для некоторых характерных для океана распределений частоты Вяйсяля-Брента.
Нестационарные слабонелинейные ВГВ в случае равномерной по глубине стратификации океана. Приближение Буссинеска. Метод многомасштабных разложений.
3.2. Лабораторный практикум отсутствует
3.3. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы
Примерный перечень тестовых вопросов по всему курсу:
1. Пометьте верные утверждения:
а) в однородной среде лучи – прямые линии;
б) в среде с постоянным градиентом скорости звука лучи – дуги окружностей;
в) в анизотропной среде лучи направлены вдоль нормали к волновому фронту.
2. Пометьте верные утверждения. Приближение « -плоскости»:
а) позволяет описать гравитационно-гироскопические волны;
б) позволяет описать волны Россби;
в) позволяет учитывать широтное изменение вертикальной составляющей силы Кориоллиса;
г) позволяет учесть сферичность Земли.
3. Пометьте, какие из названных решений задачи о поле точечного источника в неоднородном океаническом волноводе являются приближенными:
а) разложение по нормальным волнам;
б) интегральное представление;
в) представление многократного рассеяния.
4. Перечислите основные виды волн, которые могут существовать в океане:
5. Сформулируйте условия применимости лучевого приближения.
6. Какова главная причина возникновения внутренних волн в океане?
7. Какими эффектами можно пренебречь при описании внутренних волн?
8. Напишите уравнение Кортевега – де – Вриза.
9. Что представляют собой решения стационарного уравнения Кортевега – де – Вриза.
10. Нарисуйте профиль скорости звука, при котором возникает подводный звуковой канал (ПЗК).
11. Нарисуйте блок - схему связи различных представлений поля акустического давления в подводном звуковом канале.
Вопросы для самостоятельного изучения:
-
Типы волновых движений: акустические, гравитационные, инерционные (гироскопические) волны и волны Россби. Приближение - плоскости. Приближение - плоскости. ыСвободные волновые колебания на сфере.
-
Акустические волны в двухслойной жидкости.
-
Каустики, фактор фокусировки.
-
Волны цунами. Постановка задачи.
-
Исследование устойчивости стационарных нелинейных ВГВ.
-
Нестационарные слабонелинейные ВГВ. Приближение Буссинеска.
-
Темы курсовых работ
Раздел 3.4 в данной программе отсутствует.
3.5. Темы рефератов
Раздел 3.5 в данной программе отсутствует.
3.6. Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу
-
Линейная теория волн в океане: исходные уравнения.
-
Типы волновых движений в океане: звуковые и внутренние волны.
-
Типы волновых движений в океане: поверхностные и внутренние волны.
-
Типы волновых движений в океане: инерционные и гравитационно - гироскопические волны.
-
Типы волновых движений в океане: волны Россби – баротропные и бароклинные.
-
Акустические характеристики морской среды: скорость звука в морской воде, типичные вертикальные профили скорости звука и соответствующие им условия распространения звука.
-
Распространение звука в океане: постановка задачи и основные уравнения.
-
Распространение звука в океане: построение решения в лучевом представлении.
-
Распространение звука в океане: уравнение траектории луча и изменение интенсивности вдоль луча. Каустики.
-
Распространение звука в океане: рефракция звуковых лучей.
-
Распространение звука в океане: фокусировка звука, фактор фокусировки.
-
Подводный звуковой канал: представление поля в виде нормальных волн (спектральная задача для поперечного оператора).
-
Подводный звуковой канал: представление поля в виде интегрального преобразования (спектральная задача для продольного оператора).
-
Подводный звуковой канал: представление поля с помощью многократного рассеяния.
-
Подводный звуковой канал: связь между различными представлениями поля.
-
Приповерхностный «линейный» волновод – строгое решение в виде нормальных волн.
-
Подводный звуковой канал: нормальные волны в ВКБ – приближении.
-
Основные уравнения теории внутренних волн.
-
Внутренние волны в приближении слабой нелинейности и дисперсии в мелководном бассейне.
-
Уравнение Кортевега-де-Вриза.
-
Исследование устойчивости стационарных нелинейных ВГВ.
-
Параметры стационарных нелинейных ВВ для некоторых характерных для океана распределений частоты Вяйсяля-Брента.
-
Нестационарные слабонелинейные ВГВ в случае равномерной по глубине стратификации океана. Приближение Буссинеска.
-
Нестационарные слабонелинейные ВГВ в случае равномерной по глубине стратификации океана. Метод многомасштабных разложений.
4. Учебно-методическое обеспечение курса
4.1. Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, слайдфильмов, кино и видио- фильмов
По желанию лектора при изложении части тем применяется проектор для демонстрации слайдов.
4.2. Активные методы обучения
В данном курсе используются классические аудиторные методы и самостоятельное решение студентами заданных на дом задач.
4.3. Материальное обеспечение дисциплины, технические средства обучения и контроля
Стандартно оборудованные лекционные аудитории.
4.4. Методические рекомендации (материалы) преподавателю по организации лабораторных работ
Раздел в программе отсутствует.
-
Методические указания студенту по лабораторной работе. Раздел в программе отсутствует.
4.6. Методические рекомендации по использованию систем Mathcad и Matlab-Simulink
Раздел в программе отсутствует.
4.7. Литература
-
Основная литература:
-
Карпман В.И. Нелинейные волны в диспергирующих средах. М., Наука, 1973.
-
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: в 10 –ти т. Т.VI. Гидродинамика. М., 1988.
-
Нелинейные волны. Спец. выпуск «Радиофизика», Изв. ВУЗов, т.19, 5, 6, 1976.
-
Океанология. Т.2. Гидродинамика океана. Под ред. Монина А.С. М., Наука, 1978.
-
Распространение волн и подводная акустика. Под ред. Бреховских Л.М., М., Мир, 1980.
-
Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. 1977.
-
Дополнительная литература:
-
Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М., Наука, 1963.
-
Бреховских Л.М., Лысанов С.П. Теоретические основы акустики океана. Л., Гидрометеоиздат, 1988.
-
Исакович М.А. Общая акустика. М., Наука, 1973.
-
Лайтхилл Дж. Волны в жидкостях. М., Мир, 1981.
-
Подводная акустика. Под ред. Бреховских Л.М., М., Мир, 1970.
-
Скучик Е.Л. Основы акустики. М., Мир, 1985.
-
Филипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. Л., Гидрометеоиздат, 1980.
-
Эккарт К. Гидродинамика океана и атмосферы. М. 2004.
Достарыңызбен бөлісу: |