10. Fale podstawy Flashcards
(33 cards)
Czym jest fala?
Fala jest zaburzeniem, które przemieszcza się w ośrodku.
Elementy ośrodka, przez który przechodzi fala, mogą ulegać lokalnym oscylacjom podczas przechodzenia fali, ale nie poruszają się z falą.
Czym charakteryzują się fale mechaniczne?
- Wymagają obecności ośrodka materialnego, który ulega odkształceniu.
- Przenoszą energię i pęd, nie przenoszą przy tym masy (w przypadku fal wodnych nie jest to zawsze prawda).
- Przykładami fal mechanicznych są fale na wodzie, fale dźwiękowe i fale sejsmiczne
Jakie są parametry fali?
- Poziom spokoju– poziom jaki osiągałaby powierzchnia morza przy braku falowania.
- Grzbiet fali– najwyższy punkt profilu fali względem poziomu spokoju.
- Dolina fali– najniższy punkt profilu fali względem poziomu spokoju.
- A–amplituda fali - pionowa odległość pomiędzy grzbietem (doliną) a poziomem spokoju,
- H–wysokość fali - pionowa odległość pomiędzy grzbietem, a doliną fali, dla fali regularnej H = 2 A
- L–długość fali - odległość pomiędzy sąsiednimi grzbietami (dolinami) fali,
- h–głębokość wody - pionowa odległość pomiędzy dnem morza i poziomem spokoju,
- T–okres fali - czas przejścia przez wybrany profil dwóch kolejnych grzbietów (dolin) fali,
- C–prędkość fazowa fali - prędkość ruchu powierzchni falowej
Pod wpływem jakich sił oscylują fale grawitacyjne?
- siły wyporu
- siły ciężkości
w ośrodku o stabilnej stratyfikacji (N>0)
Pod wpływem jakiej siły powstają fale kapilarne?
Siły napięcia powierzchniowego (nie jest falą grawitacyjną!)
Na czym polega liniowa teoria falowania?
- fale są sinusoidalne
- efekty związane z falami są proporcjonalne do ich amplitudy
- nie bierze się pod uwagę nieliniowych zjawisk, które mogą wystąpić przy dużych amplitudach
Co zakłada liniowa teoria falowania?
- Rozpatrujemy ruch wody w płaskim układzie współrzędnych x, z
- Ciecz idealna (nielepka).
- Ruch potencjalny (bezwirowy)
Co przedstawia wzór ζ = Acos(kx - ωt)?
Profil fali dla liniowej teorii falowania
Jak wygląda ruch wody w obrębie fali dla wody głębokiej?
- trajektorie w kształcie okręgów
- promień okręgów maleje wykładniczo z głębokością (tym szybciej, im krótsza fala)
- na powierzchni promień jest równy amplitudzie fali
Jak wygląda ruch wody w obrębie fali dla wody płytkiej?
- trajektorie eliptyczne
- przy dnie ruch po linii prostej
Co to związek dyspersyjny?
- Zależność prędkości kątowej (okresu fal) od długości fali (liczby falowej).
- Fale o różnych długościach poruszają się z różnymi prędkościami. Długie fale (np. tsunami) rozchodzą się znacznie szybciej niż fale o krótkiej długości (np. fale wywołane wiatrem).
- Wyrażany prędkością fazową fali
Jaki jest wzór na prędkość fazową fali dla morza głębokiego (h>L/2 )?
CD = sqrt(g/k) = sqrt(gL/2π)
k - liczba falowa
ω - częstotliwość kątowa fali
prędkość rośnie wraz z długością fali
Jaki jest wzór na prędkość fazową fali dla morza płytkiego (h>L/20 )?
CS = sqrt(gh)
prędkość rośnie wraz z głębokością
Co przedstawia wzór E = 1/4ρgA2?
Całkowitą energię falowania
Jakie są wzory na prędkość grupową dla morza głębokiego i płytkiego?
Cg - prędkość grupowa, prędkość z jaką rozprzestrzenia się energia ruchu falowego
Dla m. głębokiego: Cg = 1/2C
Dla m. płytkiego: Cg = C
Na czym polega dyspersja fal?
Dyspersja jest związana z zależnością między prędkością rozchodzenia się fali a jej długością. Oznacza to, że dla fal o różnych długościach, prędkość ich rozprzestrzeniania się nie jest taka sama.
Większa długość fal (L) → większa prędkość (C)
Jakie są efekty dyspersji fal?
- do miejsc położonych z dala od obszaru generacji fal najpierw docierają fale długie
- z dala od obszaru generacji fal przeważają fale długie
Jakie są rodzaje fal nieliniowych?
- fale Stokesa
- fale knoidalne
- fale samotne
Na czym polegają fale Stokesa?
- Fale Stokesa to nieliniowe fale, które powstają, gdy amplituda fali jest duża.
- Charakteryzują się one asymetrycznym kształtem, gdzie grzbiety są ostrzejsze, a doliny płaskie.
- Są istotne w analizie dużych fal na oceanach, takich jak fale burzowe czy sztormowe.
Czym jest transport masowy dla fal Stokesa?
Elementy cieczy poruszają się po orbitach, które nie są zamknięte. Przemieszczenie elementów odbywa się w kierunku propagacji fali.
Na czym polegają fale knoidalne?
Charakteryzują się regularnym układem węzłów (punktów, w których nie zachodzi ruch) i strzałek (punktów, gdzie amplituda fali jest maksymalna), co przypomina strukturę fali stojącej.
Używane do opisu falowania na niewielkich głębokościach.
Czym są fale samotne?
Teorię fal samotnych stosuje się opisu fal na bardzo małych głębokościach lub fal bardzo długich (np. tsunami).
Są stabilne i mogą przemieszczać się na dużą odległość, zachowując swoją charakterystykę.
Co to refrakcja fal, jakie parametry fali się zmieniają?
Ugięcie, tzn. zmiana kierunku rozchodzenia się fali (załamanie fali) związana ze zmianą jej prędkości, np. przy przejściu do innego ośrodka.
Zmiana prędkości powoduje zmianę długości fali, a okres fal pozostaje nie zmieniony.
Jak wygląda refrakcja fal w strefie przybrzeżnej?
Jeżeli fale, w strefie transformacji, podchodzą do brzegu pod kątem (tzn. linia grzbietów nie jest równoległa do brzegu, a dokładniej do izobat), to na skutek zmniejszania się prędkości poszczególne części linii grzbietów będą się poruszały z różną prędkością i jej kierunek, a co za tym idzie kierunek propagacji fal, się zmieni.
