Aceno
Aceno , uma crista ou protuberância na superfície de um corpo d'água, normalmente apresentando um movimento de avanço distinto do movimento oscilatório das partículas que o compõem sucessivamente. As ondulações e oscilações podem ser caóticas e aleatórias, ou podem ser regulares, com um comprimento de onda identificável entre adjacente cristas e com um definido frequência de oscilação. No último caso, o ondas pode ser progressiva, na qual as cristas e depressões parecem viajar a uma velocidade constante em uma direção perpendicular a elas mesmas. Alternativamente, podem ser ondas estacionárias, nas quais não há progressão. Nesse caso, não há nenhuma subida e descida em alguns lugares, os nós, enquanto em outros lugares a superfície sobe para uma crista e então desce para uma depressão em uma frequência regular.
surfar Surfista em uma onda. Photodisc
Características físicas das ondas de superfície
Existem dois mecanismos físicos que controlam e mantêm o movimento das ondas. Para a maioria das ondas, a gravidade é a força restauradora que faz com que qualquer deslocamento da superfície seja acelerado de volta ao nível médio da superfície. O energia cinética ganho pelo retorno do fluido à sua posição de repouso faz com que ele ultrapasse o limite, resultando no movimento da onda oscilante. No caso de distúrbios de comprimento de onda muito curto da superfície (ou seja, ondulações), a força de restauração é tensão superficial , em que a superfície atua como uma membrana esticada. Se o comprimento de onda for inferior a alguns milímetros, a tensão superficial domina o movimento, que é descrito como um onda capilar . As ondas de gravidade superficial em que a gravidade é a força dominante têm comprimentos de onda maiores do que aproximadamente 10 cm (4 polegadas). Na faixa de comprimento intermediário, ambos os mecanismos de restauração são importantes.
ondas de superfície Tipos de ondas de superfície e seus níveis de energia relativos. Encyclopædia Britannica, Inc.
Uma onda amplitude é o deslocamento máximo da superfície acima ou abaixo de sua posição de repouso. A teoria matemática das ondas de água propagação mostra que para ondas cuja amplitude é pequena em comparação com seu comprimento, o perfil da onda pode ser senoidal (ou seja, em forma de onda senoidal), e há uma relação definida entre o comprimento de onda e o período da onda, que também controla a velocidade de propagação de onda. Ondas mais longas viajam mais rápido do que as mais curtas, um fenômeno conhecido como dispersão. Se a profundidade da água for inferior a um vigésimo do comprimento de onda, as ondas são conhecidas como ondas de gravidade longas e seu comprimento de onda é diretamente proporcional ao seu período. Quanto mais profunda a água, mais rápido eles viajam. Para ondas capilares, os comprimentos de onda mais curtos viajam mais rápido do que os mais longos.
Ondas cuja amplitude é grande em comparação com seu comprimento não podem ser descritas tão facilmente pela teoria matemática, e sua forma é distorcida de uma forma senoidal. As depressões tendem a se achatar e as cristas se afiam em direção a um ponto, uma forma conhecida como onda conoidal. Em águas mais profundas, a altura limite de uma onda é um sétimo de seu comprimento. À medida que se aproxima dessa altura, as cristas pontiagudas se quebram para formar espumas. Em águas rasas, as ondas de longa amplitude se distorcem, porque as cristas viajam mais rápido do que os vales para formar um perfil com uma subida íngreme e uma queda lenta. Como essas ondas viajam para águas mais rasas em uma praia, elas se tornam mais íngremes até que ocorra a quebra.
O energia das ondas é proporcional ao quadrado da amplitude. A análise matemática mostra que uma distinção deve ser feita entre a velocidade das depressões e cristas, chamada de velocidade de fase, e a velocidade e direção do transporte de energia ou informação associada à onda, chamada de velocidade de grupo. Para ondas longas não dispersivas, as duas são iguais, enquanto para ondas de gravidade superficial em águas profundas a velocidade do grupo é apenas metade da velocidade de fase. Assim, em uma sequência de ondas que se espalham sobre um lago após uma perturbação repentina em um ponto, a frente de onda viaja a apenas metade da velocidade das cristas, que parecem passar pelo pacote de ondas e desaparecer na frente. Para onda capilar s a velocidade do grupo é uma vez e meia a velocidade da fase.
As ondas na superfície do mar são geradas pela ação do vento. Durante a geração, a superfície do mar perturbada não é regular e contém muitos movimentos oscilatórios diferentes em frequências diferentes. Os espectros de onda são usados por oceanógrafos para descrever a distribuição de energia em diferentes frequências. A forma do espectro pode estar relacionado à velocidade e direção do vento e à duração da tempestade e à busca (ou distância contra o vento) sobre a qual ela soprou, e essas informações são usadas para a previsão das ondas. Depois que a tempestade passa, as ondas se dispersam, as ondas de período mais longo (cerca de 8 a 20 segundos) propagando longas distâncias também, enquanto as ondas de período mais curto são amortecidas pelo atrito interno.
Tipos de onda
Observe uma demonstração de como a energia eólica transferida para a água gera ondas. A relação entre a força do vento e as ondas da água. Encyclopædia Britannica, Inc. Veja todos os vídeos para este artigo
Três tipos de ondas de água podem ser distinguidos: ondas de vento e ondulação, ondas de vento e ondas do mar de origem sísmica ( tsunamis ) Além disso, ondas estacionárias, ou seiches, podem ocorrer em corpos d'água com bacias fechadas ou quase fechadas, e ondas internas, que aparecem como camadas ondulantes de rápida mudança densidade com o aumento da profundidade, ocorrem longe da superfície da água.
Ondas de vento e swell
Ondas de vento são ondas gravitacionais geradas pelo vento. Depois que o vento diminuiu ou mudou ou as ondas migraram para longe do campo de vento, essas ondas continuam a propagar como swell.
A dependência do tamanho das ondas em relação ao campo de vento é complicada. Uma impressão geral dessa dependência é dada pelas descrições dos vários estados do mar correspondentes à escala de força do vento conhecida como escala de Beaufort, em homenagem ao almirante britânico Sir Francis Beaufort. Ele o elaborou em 1808 usando como referência a superfície da vela que um navio de guerra totalmente equipado daquela época podia transportar com as várias forças do vento. Ao considerar as descrições da superfície do mar, deve ser lembrado que o tamanho das ondas depende não apenas da força do vento, mas também de sua duração e seu alcance - ou seja, o comprimento de seu caminho sobre o mar.
A teoria das ondas começa com o conceito de ondas simples, aquelas que formam um padrão estritamente periódico com um comprimento de onda e um período de onda e se propagam em uma direção. As ondas reais, porém, sempre têm uma aparência mais irregular. Elas podem ser descritas como ondas compostas, nas quais todo um espectro de comprimentos de onda, ou períodos, está presente e que têm direções de propagação mais ou menos divergentes. Ao relatar alturas e períodos (ou comprimentos) de ondas observados ou em sua previsão, uma altura ou um período é mencionado como a altura ou período, entretanto, e algum acordo é necessário para garantir uniformidade de significado. A altura das ondas simples significa a diferença de elevação entre o topo de uma crista e o fundo de uma depressão. A altura significativa, uma altura característica de ondas irregulares, é por convenção a média do terço mais alto das alturas de onda observadas. O período, ou comprimento de onda, pode ser determinado a partir da média de uma série de intervalos de tempo observados entre a passagem de cristas de ondas bem desenvolvidas sucessivas ao longo de um determinado ponto ou de distâncias observadas entre elas.
O período de onda e o comprimento de onda são acoplados por uma relação simples: o comprimento de onda é igual ao período da onda vezes a velocidade da onda, ou eu = TC , quando eu é o comprimento de onda, T é o período da onda, e C é a velocidade da onda.
A velocidade das ondas de gravidade superficial depende da profundidade da água e do comprimento de onda, ou período; a velocidade aumenta com o aumento da profundidade e o aumento do comprimento de onda, ou período. Se a água for suficientemente profunda, a velocidade da onda é independente da profundidade da água. Esta relação da velocidade da onda com o comprimento de onda e a profundidade da água ( d ) é dado pelas equações abaixo. Com g sendo a aceleração da gravidade (9,8 metros [cerca de 32 pés] por segundo ao quadrado), C dois= gd quando o comprimento de onda é 20 vezes maior que a profundidade da água (ondas desse tipo são chamadas de ondas de gravidade longas ou ondas de águas rasas), e C dois= gI /dois Pi quando o comprimento de onda é menor que duas vezes a profundidade da água (essas ondas são chamadas de ondas curtas ou ondas de águas profundas). Para ondas com comprimentos entre 2 e 20 vezes a profundidade da água, a velocidade da onda é governada por uma equação mais complicada que combina estes efeitos:
onde tanh é a tangente hiperbólica.
Alguns exemplos são listados abaixo para ondas curtas, dando o período em segundos, o comprimento de onda em metros e a velocidade da onda em metros por segundo:
As ondas costumam aparecer em grupos como resultado de interferência de trens de ondas de comprimentos de onda ligeiramente diferentes. Um grupo de ondas como um todo tem uma velocidade de grupo que geralmente é menor do que a velocidade de propagação das ondas individuais; as duas velocidades são iguais apenas para grupos compostos por ondas longas. Para ondas de águas profundas, a velocidade do grupo ( V ) é a metade da velocidade da onda ( C ) No sentido físico, a velocidade do grupo é a velocidade de propagação da energia das ondas. De dinâmica das ondas, segue-se que a energia das ondas por unidade de área da superfície do mar é proporcional ao quadrado da altura das ondas, exceto para o último estágio das ondas que atingem águas rasas, pouco antes de se tornarem arrebentadores.
A altura das ondas do vento aumenta com o aumento da velocidade do vento e com o aumento da duração e da extensão do vento (ou seja, a distância sobre a qual o vento sopra). Junto com a altura, o comprimento de onda dominante também aumenta. Finalmente, porém, as ondas atingem um estado de saturação porque atingem a altura máxima significativa a que o vento pode elevá-las, mesmo que a duração e a extensão sejam ilimitadas. Por exemplo, ventos de 5 metros (16 pés) por segundo podem elevar ondas com alturas significativas de até 0,5 metro (1,6 pés). Essa onda teria um comprimento de onda correspondente de 16 metros (53 pés). Ventos mais fortes que sopram de 15 a 25 metros (49 a 82 pés) por segundo produzem ondas com alturas de 4,5 a 12,5 metros (15 a 41 pés) e comprimentos de onda que se estendem de 140 a 400 metros (cerca de 460 a 1.300 pés).
Depois de se tornarem ondas, as ondas podem viajar milhares de quilômetros sobre o oceano. Este é particularmente o caso se o swell é proveniente de grandes tempestades de latitudes moderadas e altas, de onde facilmente pode viajar para as zonas subtropical e equatorial, e o swell dos ventos alísios, que atinge as calmas equatoriais. Ao viajar, as ondas swell tornam-se gradualmente mais baixas; energia é perdida por atrito interno e ar resistência e por energia dissipação devido a alguma divergência nas direções de propagação (espalhamento). Com relação à perda de energia, há um amortecimento seletivo das ondas compostas, as ondas mais curtas da mistura de ondas sofrendo um amortecimento mais forte em uma dada distância do que as mais longas. Como consequência, o comprimento de onda dominante do espectro muda para os comprimentos de onda maiores. Portanto, um swell antigo deve ser sempre um swell longo.
Quando as ondas atingem águas rasas, sua velocidade de propagação e comprimento de onda diminuem, mas o período permanece o mesmo. Eventualmente, a velocidade do grupo, a velocidade de propagação da energia, também diminui, e essa diminuição faz com que a altura aumente. O último efeito pode, no entanto, ser afetado por refração das ondas, um desvio das cristas das ondas em direção às linhas de profundidade e um desvio correspondente da direção de propagação. A refração pode causar uma convergência ou divergência do fluxo de energia e resultar em um aumento ou diminuição das ondas, especialmente em elevações próximas à costa ou depressões do fundo do mar.
Na etapa final, a forma das ondas muda, e as cristas ficam mais estreitas e íngremes até que, finalmente, as ondas se tornam arrebentadoras (surfe). Geralmente, isso ocorre quando a profundidade é 1,3 vezes a altura da onda.
Ondas de vento
Ondas de vento corrente são ondas longas causadas pelo empilhamento de água sobre uma grande área por meio da ação de um vento viajante ou campo de pressão. Os exemplos incluem a onda na frente de um ciclone de tempestade itinerante, particularmente a onda de furacão devastadora causada por um ciclone tropical , e a onda ocasionalmente causada por uma linha de convergência do vento, como uma frente móvel com uma mudança brusca do vento.
Ondas de origem sísmica
PARA tsunami (Japonês: tsu , porto e nós , onda) é uma onda muito longa de origem sísmica que é causada por um submarino ou litoral tremor de terra , deslizamento de terra ou erupção vulcânica. Essa onda pode ter uma extensão de centenas de quilômetros e um período da ordem de um quarto de hora. Ele atravessa o oceano a uma velocidade tremenda. (Tsunamis são ondas que viajam na velocidade de onda dada por C dois= gd .) A uma profundidade de 4.000 metros (cerca de 13.100 pés), por exemplo, a velocidade da onda correspondente é de cerca de 200 metros (cerca de 660 pés) por segundo, ou 720 km (cerca de 450 milhas) por hora. Em mar aberto, a altura dos tsunamis pode ser inferior a 1 metro (3,3 pés) e eles passam despercebidos. Conforme eles se aproximam de um plataforma continental , entretanto, sua velocidade é reduzida e sua altura aumenta dramaticamente. Os tsunamis causaram enorme destruição de vidas e propriedades, acumulando-se nas águas costeiras em locais a milhares de quilômetros de seu ponto de origem, especialmente no Oceano Pacífico.
tsunami Depois de ser gerado por um terremoto submarino ou deslizamento de terra, um tsunami pode se propagar despercebido por vastas extensões do oceano aberto antes de atingir a crista em águas rasas e inundar a costa. Encyclopædia Britannica, Inc.
Ondas estacionárias ou seiches
Uma onda autônoma pode surgir em uma bacia fechada ou quase fechada como um balanço livre ou esguicho de toda a massa de água. Essa onda estacionária também é chamada de seiche, devido ao nome dado aos movimentos oscilantes da água do Lago de Genebra, na Suíça, onde esse fenômeno foi estudado rigorosamente pela primeira vez. O período de oscilação é independente da força que primeiro desequilibrou a massa de água (e que deve ter cessado depois disso); depende apenas das dimensões da bacia envolvente e da direção em que a massa de água está oscilando. Assumindo uma bacia retangular simples de profundidade constante e a oscilação longitudinal mais simples, o período de oscilação ( T ) é igual a duas vezes o comprimento da bacia dividido pela velocidade da onda calculada a partir da fórmula em águas rasas acima. Esta relação pode ser escrita: T = L / C , no qual eu é igual a duas vezes o comprimento da bacia e C é a velocidade da onda encontrada na fórmula, usando a profundidade conhecida da bacia. Além desse tom fundamental (ou resposta a estímulos), a massa de água também pode oscilar de acordo com um tom harmônico, mostrando uma ou mais linhas nodais ao longo da bacia.
A água em uma baía aberta ou mar marginal também pode realizar uma oscilação livre como uma onda estacionária, a diferença é que em uma baía aberta os maiores deslocamentos horizontais não estão no meio da baía, mas na foz. Para o período fundamental de oscilação, a fórmula dada acima é usada com um comprimento de onda igual a quatro vezes o comprimento (da boca até a extremidade fechada) da baía. Na prática, é claro, é mais difícil do que isso, porque a forma de uma baía ou mar marginal é irregular e a profundidade difere de um lugar para outro. O Mar do Norte tem um período de oscilação longitudinal de cerca de 36 horas. A causa de tais oscilações livres pode ser um vento temporário ou campo de pressão, que tira a superfície do mar de sua posição horizontal e que depois deixa de agir mais ou menos abruptamente, deixando a massa de água fora de equilíbrio .
Ondas internas
As ondas gravitacionais também ocorrem nas superfícies internas dos oceanos. Essas superfícies representam estratos de densidade da água que muda rapidamente com o aumento da profundidade, e as ondas associadas são chamadas de ondas internas. Ondas internas manifesto por um aumento e diminuição regulares das camadas de água em torno das quais se centram, ao passo que a altura da superfície do mar quase não é afetada. Porque a força restauradora, animado pelo deformação interna das camadas de água de igual densidade, é muito menor do que no caso das ondas de superfície, as ondas internas são muito mais lentas do que as últimas. Dado o mesmo comprimento de onda, o período é muito mais longo (os movimentos das partículas de água sendo muito mais lentos), e a velocidade de propagação é muito menor; as fórmulas para a velocidade das ondas de superfície incluem a aceleração da gravidade, g , mas aquelas para ondas internas incluem a gravidade multiplicada pela diferença entre as densidades da camada superior e da camada inferior de água e dividida por sua média.
A causa das ondas internas pode estar na ação das forças das marés (o período então igualando o período das marés) ou na ação de um vento ou flutuação de pressão. Às vezes, um navio pode causar ondas internas (água parada) se houver uma camada superior salobra rasa.
