Главная » Просмотр файлов » J.J. Stoker - Water waves. The mathematical theory with applications

J.J. Stoker - Water waves. The mathematical theory with applications (796980), страница 36

Файл №796980 J.J. Stoker - Water waves. The mathematical theory with applications (J.J. Stoker - Water waves. The mathematical theory with applications) 36 страницаJ.J. Stoker - Water waves. The mathematical theory with applications (796980) страница 362019-05-12СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

The free surface conditionnow be satisfied, as one can easily sec, if T(t) satisfies the(6.9.9) willdifferentialequationT +g*T =(6.9.12)ttThe functionTisinitialconditionsresultis(6.9.13)now uniquely determined fromT=T =tT(t, s)Thus we have2g.forGfort=(6.9.12)and theT derived from (6.9.4); the= 2 LTthe function(6.9.14)+2 f "VtH-*)[i_cosJoandclearly satisfies all of the conditions prescribed above, exceptpossibly the conditions at oo, which we shall presently investigate insome detail because of later requirements.

Before doing so, however,itwe observe/,i.e.thatG is symmetrical not only in thebut also in the time variables r andthe important fact thatspace variables f,77,and#, y, z 9WATER WAVES190G(,(6.9.15)f; rr),= G(x, y,z\t\y, *; t)a?,|f,??,f r) and;We turn next to the discussion of the behavior of G at oo.

Considerfirst the function A == l/R1/i?'. This function evidently willbehave atitoo likea dipole; hencefollows thatoriginfor large a:Aanda represents distance from theA a behave as followsifradial derivativeitsA ~1(TOnwe havethe free surface where yA=3To determinethe behavior ofexpandcosB=(6.9.18)Vgs= 0,andy =for yforl/a[12(rBi.e.in at)]large a.of the integral in (6.9.14)powerseries in ry negative.

The=4R Jo(*(6.9.19)and fromitwe obtain==//and write2It is clearly legitimate to integrate term-wise forformula (6.9.8) can be expressed in the formwithtwecos0,It follows, sincer$nby a well-known formula for spherical harmonics.are bounded functions, that the leading termP n (//)asymptotic expansion of B arises from the first term in thesquare bracket. Hence the behavior of B is seen from (6.9.20) for thecase- nI to be given byin the=l?~l/(r(6.9.21)2,a large and any fixed values of r and t. The derivative B y is seen,also from (6.9.20), to behave like I/a 3 and the derivative B r also canbe seen to behave like I/a 3 thus the radial derivative Ba behaves inthe same way and we havefor;(6.9.22)Ba ~I/a3,Bv ~I/a3.UNSTEADY MOTIONS191Summing up, we have for the Green's function G the following behaviorat oo:G ~Ga ~Gy ~(6.9.23)I/aI/aI/a233.All of these conditions hold uniformly forthe values of r and t.any fixedfiniteranges inWe turn next to the consideration of a water wave problem of very<is filled with water andgeneral character, as follows.

The space yin addition there are immersed surfaces S t of finite dimensions havinga prescribed motion (which, of course, must of necessity be a motion ofsmall amplitude near to a rest position of equilibrium). The pressureon the free surface S f is prescribed for all time, and the initial positionand velocity of the particles on the free surface and the immersedsurfaces are given at the time t = 0. At infinity the displacement andvelocity of all particles are assumed to be bounded.

The resultingin terms of a velocitymotion can be described for all times t >whichsatisfiesof the kind studied inconditionspotential 0(x y, z; t)9the first section of this chapter; these conditions are:(6.9.24)V2,in the regionRV(Z=<exterior to the imconsisting of the half space yOn the free surface the conditionmersed surfaces S^(6.9.25)tt+g0 v = ~-Pt=:P(xz;t)999t>0,y=Qis prescribed, with p the given surface pressure (cf. (6.1.1 ) and (6.1.2)).At the equilibrium position of the immersed surfaces the condition(6.9.26)withn=Von S i9V the normal velocity of S=St at totherwiseis,of course, assumed(cf. 6.1) thatwe knowthe free surface at(6.9.27)i9tt^0,prescribed.

The initial position ofknown, and for the initial conditionsisitsuffices to prescribeandton0:j^O^O)^*,*)#(*,0,*;0) = /,(*,*).IAtoowe assume that 0,bounded.tandtheir first derivatives are uniformlyWATER WAVES192Webyproceed now to set up a representation for the functionInobtainedabove.caseGreen'sfunctiontherearenoimtheusingmersed surfaces this representation furnishes an explicit solution ofthe problem, and in the other cases it leads to an integral equation forit.

In all cases, however, a uniqueness theorem can be obtained.To carry out this program we begin, in the usual fashion, by applyingGreen's formula to the Green's function G and to t (rather than 0)in a sphere centered at the origin of radius a large enough to includethe immersed surfaces and the singular point (|, 77, ) of the Green'sfunction minus a small sphere of radius e centered at the singular point.are both harmonic functions and G behaves like l/RSince G andtat the singular point,ittheory thatt) ist(x 9 y> z;followsby the usual argumentsin potentialobtained in the form of a surface integral,as follows:(6.9.28)tThe symmetryof(x, y,=-?- (T4rc JJ(G0tn~ &tG n)dS.G has been used at this point. The integration varia-Even though6? depends on the difference tr thedepends only on t; that is, only the singular part ofthe behavior of G matters in applying Green's formula, and the reon the time at which t andt depends onlysulting expression fortn are measured.

The surface integral is taken over the boundaryof the region just described (cf. Fig. 6.9.1), and n is the normal takenbles are f,77,.integral in (6.9.28)JkysFig.6.9.1.Domainflfor application of Green's formulaoutward from the region. The boundaryiscomposed of threedifferentparts: the portion of the sphere S a of radius a lying below the planecut out by the sphere S a9 and0, the part S f of the plane yy==UNSTEADY MOTIONSthe immersed surfacesplane y=St193(which might possibly cut out portions of the0).important to show first of all that the contribution to thesurface integral provided by S a tends to zero as a -> oo, and that theintegral over S f exists as a -> oo.

The second part is readily shown:The integrand to be studied is G0 tyG y From the symmetryof G and (6.9.23) we see that the above integrand behaves like I/a 2for large a sinceandare assumed to be uniformly bounded attyoo hence the integral converges uniformly in t and r for any fixedItist.t;Garanges of these variables. To show that the integral of G0 totover S a tends to zero for a -> oo requires a lengthier argument. ConGaGalike I/a 3 for large a whileis bounded, it is clear that the integral of this term behaves liketI/a and hence tends to zero as a -> oo. The integral over the remainingsider first thetermis(6.9.29)termt.Sincebehavesbroken up into two parts, as follows:!(0 ia GdSJJ=fJo"f*,Ga*sinOded(oJinl:(a 12) +6+f2n f(nl2)+6* iaGa>tsindddo).JO Jnj2ITheintegrations arc carried out in polar coordinates,and disa smallangle (cf.

Fig. 6.9.2); the second integral represents the contributionfrom a thin strip of the sphere S a adjacent to the free surface. SinceFig. 6.9.2.GThe sphere S abehaves like I/a 2 for large a, it is clear that theabsolute value of the second contribution (i.e. that from the thin strip)can be made less than e/2, say, if d is chosen small enough. Once d hasbeen fixed, it can be seen that the contribution of the remaining partta isbounded andWATER WAVES194of S a can also bemade less than e/2 inonce shownabsolute valueifaistaken largethen clear that the integral in ques->oo.

The proof of this fact is, however,tion vanishes in the limit as anot difficult: we need only observe that t is by assumption boundedenough. If thisisit isandit is a well-known fact* thatta then tends to zero uniformlya along any ray from the origin which makes an angle ^ 6 withthe plane y = 0. Thus the integrand in the first term of (6.9.29)at oolike11behavesandlike I/ait(6.9.30)tmade arbitrarily small bywe now have the representationtherefore can betaking a sufficiently large.

Thus for=(x, y, z; t)ti- [((G0tr)0,Siwhichof course, understood thatany parts of the plane yareomittedinthefirsttintegral. The next step is tosidesofwithboth(6.9.30)respect to t from to r. The resultintegrateincut outit is,by Sis0(x(6.9.31)*9y, z; r)- 0(xy, z; 0)9If [J7=*0=1ffto JJ [LS,(CO*,+TltG-t )gf^G, +JoolttGt )ddt\Sd'C+IJ7=0+ gGy =when G ttas asymbolwhile fort=fory=for the integralwe havetisused(cf. (6.9.2))and /over S^ We have G = G ==/t2,andy\<=s0isintendedfort=r;uniquely determined by /j**from the conditions (6.9.27).

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
34,67 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6513
Авторов
на СтудИзбе
302
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее