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孤立波（孤立波）

次浏览 | 更新时间：2023-05-22

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孤立波

本词条是多义词，共2个义项

孤立波有限振幅波的一种，只有一个波峰或波谷，而且只出现在浅水水域中。

基本信息

中文名	孤立波
外文名	Solitary Wave
发现时间	1844年
理论成立依据	孤立波解
发现人	斯各特·罗素
数学理论	浅水波KdV方程
特点	只有一个波峰或波谷
出现领域	只出现在浅水水域中

收起

来源

1834年秋，英国科学家、造船工程师罗素在运河河道上看到了由两匹骏马拉着的一只迅速前进的船突然停止时，被船所推动的一大团水却不停止，它积聚在船头周围激烈地扰动，然后形成一个滚园、光滑而又轮廓分明的大水包，高度约为0.3～0.5米，长约10米，以每小时约13公里的速度沿着河面向前滚动。罗素骑马沿运河跟踪这个水包时发现，它的大小、形状和速度变化很慢，直到3～4公里后，才在河道上渐渐地消失。罗素马上意识到，他所发现的这个水包决不是普通的水波。普通水波由水面的振动形成，振动沿水平面上下进行，水波的一半高于水面，另一半低于水面，并且由于能量的衰减会很快消失。他所看到的这个水包却完全在水面上，能量的衰减也非常缓慢(若水无阻力，则不会衰减并消失)。并且由于它具有圆润、光滑的波形，所以它也不是激波。罗素将他发现的这种奇特的波包称为孤立波，并在其后半生专门从事孤立波的研究。他用大水槽模拟运河，并模拟当时情形给水以适当的推动，再现了他所发现的孤立波。罗素认为孤立波应是流体力学的一个解，并试图找到这种解，但没有成功。

发展

罗素十年后向英国科学促进会报告了自己的观点，但却没能说服他的同事们，罗素所发现的孤立波现象也未能引起人们的注意。

50年以后，即1895年，两位数学家科特维格与得佛里斯从数学上导出了有名的浅水波KdV方程，并给出了一个类似于罗素孤立波的解析解，即孤立波解，孤立波的存在才得到普遍承认。

在罗素逝世100周年即1982年，人们在罗素发现孤立波的运河河边树起了一座罗素像纪念碑，以纪念148年前他的这一不寻常的发现

波动描述

当水质点仅在波浪传播方向运动时，该种波浪称为移动波，孤立波属于这种类型。纯粹孤立波的全部波剖面在静水面以上，波长为无限，如图3所示。设波峰沿正x方向传播，当波峰位于水面质点t的左侧很远距离时，质点Z的运动可以忽略。随着波峰的移近，质点1开始向上并向右移动。波峰经过时，质点正上升至最高位置；当波峰移去时，此质点倾斜下降，直至波峰传至相当远，此质点又恢复几乎无运动的状态，而位于水面点1‘的位置。质点1的轨迹为一抛物线，由于波峰经过而移动了一段水平距离1-1' 。质点2的轨迹和质点1的相似，其水平移动距离和1-1‘也大致相等，但上升的高度较质点1小。水底质点3则沿底而移至3'。在自然界中，纯粹的孤立波是难于形成的。但河道中传播的洪水波，或当波浪传向近岸浅水区接近破碎时的波面形状和运动特性与孤立波比较接近。因此在海洋工程中为研究波浪的破碎水深、泥沙运动以及分析破碎波对海工结构物的作用等问题中，孤立波理论得到了广泛的应用。

孤立波

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