流水与冒险者
流速较缓的大范围水体上(通常是河水和部分湖水)经常存在着形状不规则的反光区域。大体可简单的分成两类,一类是水波频率较高的漫反射区,另一类则是频率较低的类镜面反射区。这两种情形单独出现都不足为奇。但如果你经常在水边走,就能发现在同一水体上,这两种区域经常是同时存在的,这些区域虽然有一定的稳定性,但又不是固定不变的。尝试过近距离观察,水波从高频区进入低频区之后,就仿佛完全消散了一般。这个现象曾经困扰了我挺久(在之前的blog中也有提到),在7月下旬的时候,我终于想出了自己满意的答案。



实际上这一现象虽然很常见,但却有多种不同的成因。最平凡的情形自然是风直接吹拂产生的波纹(传说中的“吹皱一池春水”),这种情形下通常形成传播方向与河道平行的水波,并且漫反射区分布在河水的中心,河道的边缘可能因为地形或植被的阻挡没有风,于是形成镜面区。而最让我困惑的情形其实是在漫反射区中常常有些类似三角洲地图中水道分布的线形交错镜面区域。通过几次观察可以知道,这些线形的类镜面区域,应该是小船驶过的轨迹。船会像熨斗一样把驶过的水面“熨平”。原本频率较高的波,进入这个区域就自动变缓了许多。这其实是因为船带动了表面水体,使之有了一个与周围水体的速度差。可以说这是由于承载波的介质发生相对位移而产生的多普勒效应。为了验证这个想法,我们首先需要了解下水波和船后水流速度的量级。水波作为一种表面张力波,波速公式为,T为水的表面张力,H为水深。只要水深H大于或等于水波波长的量级,公式可化简为… 阅读全文