ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ E ΕΞΑΜΗΝΟ

Transcript

1 ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ E ΕΞΑΜΗΝΟ Θαλάσσια κύματα

2 1.1. Ορισμός Θαλάσσια κύματα είναι περιοδικές μηχανικές ταλαντώσεις των μορίων του νερού, στην επιφάνεια ή στο βάθος, οποιασδήποτε περιόδου, με τις οποίες γίνεται μεταφορά ενέργειας

3 1.2. Ελαστικά κύματα Τα ελαστικά κύματα κατατάσσονται σε: Κύματα που διαδίδονται μέσα στη μάζα της ύλης Επιμήκη (Longitudinal waves) Εγκάρσια (Transverse waves) Κύματα που διαδίδονται στο όριο δύο μέσων διαφορετικής πυκνότητας Τροχιακά (Orbital waves)

4 1.2. Ελαστικά κύματα Τα ελαστικά κύματα κατατάσσονται σε: Επιμήκη (Longitudinal waves) Χαρακτηρίζονται από την ταλάντωση των μορίων της ύλης κατά μήκος της διεύθυνσης διάδοσής τους, δημιουργώντας περιοδικά μεταβαλλόμενες ζώνες συμπίεσης και αραίωσης Τα Επιμήκη κύματα διαδίδονται σε όλα τα μέσα (στερεά, υγρά και αέρια)

5 1.2. Ελαστικά κύματα Τα ελαστικά κύματα κατατάσσονται σε: Εγκάρσια (Transverse waves) Χαρακτηρίζονται από ταλαντώσεις κάθετες στην διεύθυνσης διάδοσης (π.χ. αναταράξεις ενός τεντωμένου σχοινιού) Τα Εγκάρσια κύματα διαδίδονται μόνο στα στερεά (λόγω μεγάλης συνεκτικότητας των μορίων της ύλης). Επομένως, δεν διαδίδονται στη θάλασσα.

6 1.2. Ελαστικά κύματα Τα ελαστικά κύματα κατατάσσονται σε: Τροχιακά (Orbital waves) Αναπτύσσονται στο όριο μεταξύ δύο μέσων με διαφορετική πυκνότητα, όπως η θάλασσα κι ο αέρας (Επιφανειακά κύματα) αλλά και μια επιφανειακή μικρής πυκνότητας θαλάσσια μάζα και μια βαθιά μεγάλης πυκνότητας θαλάσσια μάζα (Εσωτερικά κύματα) Οι κινήσεις των μορίων ακολουθούν κυκλικές ή ελλειπτικές τροχιές μέσα σε μια ζώνη πάνω και κοντά στην διεπιφάνεια των μέσων

7 1.3. Βασικοί παράμετροι Μήκος κύµατος (λ):είναι η οριζόντια απόσταση µεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών του Ύψος κύµατος (h): είναι η κάθετη απόσταση ανάµεσα σε ένα χαµήλωµα (κοιλιά) και στην αµέσως επόµενη κορυφή. Το ύψος κύµατος εξαρτάται από την ένταση του ανέµου, τη διάρκεια, την έκταση της επιφάνειας του νερού πάνω στην οποία φυσά ο άνεµος και το βάθος του νερού. Το ύψος του κύµατος αποκτά τη µεγαλύτερη τιµή, όταν η απώλεια ενέργειας εξαιτίας της προώθησης των κυµάτων εξισορροπηθεί από την ενέργεια που προέρχεται από τον άνεµο, κάτω από την επιφάνεια και σε βάθος λ/2 η κυµατοειδής κίνηση του νερού σχεδόν μηδενίζεται. Το βάθος αυτό λέγεται βάση του κύµατος. Περίοδος (Τ): είναι ο χρόνος που απαιτείται για να περάσουν δύο διαδοχικές κορυφές από ένα ορισµένο σηµείο.

8

9 1.3. Βασικοί παράμετροι Οι δυνάμεις που προκαλούν την γένεση των θαλάσσιων κυμάτων είναι:

10 1.4. Διάδοση Η επίδραση του πυθμένα στα χαρακτηριστικά των κυμάτων:

11

12 1.5. Συμβολή Η ανομοιογένεια στις μορφές των κυμάτων οφείλεται στον συνδυασμό των πολλών διαφορετικών φάσεων:

13 1.6. Ρήχωση Ρήχωση (shoaling) είναι η μεταβολή των χαρακτηριστικών του κυματισμού (ύψος, ταχύτητα), λόγω μεταβολής του βάθους της θάλασσας, κατά την κατεύθυνση διάδοσής του. Εξαιτίας της τεράστιας ποικιλίας των μορφών που έχουν τα κύματα και της διαρκούς μεταβολής των χαρακτηριστικών τους όταν πλησιάζουν σε ρηχά νερά, δεν είναι επαρκής μια μόνο θεωρία για να περιγράψει όλες τις μεταβολές. Για τη διατύπωση κάθε θεωρίας είναι αναγκαίο να γίνουν ορισμένες παραδοχές όσον αφορά τη σχέση του ύψους του κύματος ως προς το βάθος του νερού ή το βάθος του νερού ως προς το μήκος κύματος. Έχουν αναπτυχθεί τρεις κύριες θεωρίες Η θεωρία του AIRY Η θεωρία του STOKES Η θεωρία των Μεμονωμένων Κυμάτων (Solitary Waves)

14 1.6. Ρήχωση ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ AIRY Η Θεωρία αυτή ισχύει όταν: Ύψος κύματος (Η) << Βάθος νερού (D) Ύψος κύματος (Η) << μήκος κύματος (L)

15 1.6. Ρήχωση ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ STOKES Η θεωρία αυτή ερμηνεύει τις περιπτώσεις που υπάρχει μεταφορά μάζας κατά τη διάρκεια της διεύθυνσης διάδοσης των κυμάτων (λαμβάνεται υπόψη το ύψος κύματος). Η Θεωρία ισχύει όταν: Βάθος νερού (D) > Μήκος κύματος (L) [D/L > 0,1]

16 1.6. Ρήχωση ΘΕΩΡΙΑ ΤΩΝ ΜΕΜΟΝΩΜΕΝΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ Η θεωρία αυτή ερμηνεύει την ασυμμετρία των κυμάτων που προσεγγίζουν αβαθείς ή παράκτιες περιοχές. Δέχεται ότι το κύμα διαδίδεται πάνω στην επιφάνεια του νερού σαν μια έξαρση χωρίς όμως να υπάρχει κοιλία. Η Θεωρία ισχύει όταν: Το εμπρόσθιο (προς την ακτή) τμήμα του κύματος έχει μικρότερη ταχύτητα από οπίσθιο τμήμα

17 1.7. Θραύση Αιτίες θραύσης: Γεωμετρική κατάρρευση στον ανοιχτό ωκεανό Ασυμμετρία μιας κυματομορφής στα ρηχά νερά

18 1.7. Θραύση ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗ ΣΤΟΝ ΑΝΟΙΧΤΟ ΩΚΕΑΝΟ Παράμετροι που επεμβαίνουν: Ιξώδες Συντελεστής εσωτερικής τριβής Οξύτητα (Η/L) < 1/7 Θεωρητική τιμή <1/12 Συνήθης τιμή

19 1.7. Θραύση

20 1.7. Θραύση ΑΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΜΙΑΣ ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΗΣ ΣΤΑ ΡΗΧΑ ΝΕΡΑ Τα κορυφαία τμήματα του κύματος αποκτούν μεγαλύτερη ταχύτητα από την ταχύτητα διάδοσης των υπολοίπων τμημάτων λόγω της παραμόρφωσης που υφίσταται το κύμα κατά τη διάρκεια της προσέγγισής του προς τα αβαθή

21 1.7. Θραύση ΑΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΜΙΑΣ ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΗΣ ΣΤΑ ΡΗΧΑ ΝΕΡΑ Το όριο θραύσης εμφανίζεται όταν το κύμα φτάσει σε βάθος που είναι περίπου 20-25% μεγαλύτερο από το ύψος του, δηλαδή Η/D = 0,8 Παράμετρος θραύσης ή αριθμός Iribarren

22 1.7. Θραύση ΑΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΜΙΑΣ ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΗΣ ΣΤΑ ΡΗΧΑ ΝΕΡΑ Υπερχείλιση (spilling) ξ < 0.5 Κατάδυση (plunging) 0.5 < ξ < 3 Κατάρρευση (collapsing) ξ = 3 Εφόρμηση (surging) ξ > 3

23 1.8. Διάθλαση Η αλλαγή της πορείας του μετώπου των κυμάτων λέγεται διάθλαση Η διάθλαση αποτελεί το βασικότερο παράγοντα που ελέγχει τη μεταβολή των ακτών, γιατί ελέγχει τη διαβρωτική δράση των κυμάτων κατά μήκος των ακτών καθώς και τη μεταφορά και απόθεση των ιζημάτων.

24

25 1.9. Εσωτερικά κύματα

26