onda de rotura es una ondacuya amplitud alcanza un nivel crítico en el que puede comenzar a ocurrir algún proceso que hace que grandes cantidades de energía de onda se transformen en energía cinética turbulenta . En este punto, los modelos físicos simples que describen la dinámica de onda a menudo se vuelven inválidos, particularmente aquellos que asumen uncomportamiento lineal .
El tipo de onda de ruptura más generalmente familiar es la ruptura de las ondas de la superficie del agua en una costa. La ruptura de la ola se produce generalmente cuando la amplitud alcanza el punto en que la cresta de la ola realmente se vuelca; los tipos de olas de la superficie del agua de ruptura se explican con más detalle a continuación. Ciertos otros efectos en la dinámica de fluidos también se han denominado "ondas de rotura", en parte por analogía con las ondas de la superficie del agua. En meteorología , se dice que las ondas de gravedad atmosférica se rompen cuando la onda produce regiones donde la temperatura potencial disminuye con la altura, lo que lleva a la disipación de energía a través de la inestabilidad convectiva ; de la misma manera se dice que las ondas de Rossby se rompen [1]cuando el potencial gradiente de vorticidad es volcado. La ruptura de las olas también ocurre en los plasmas , [2]cuando las velocidades de las partículas exceden la velocidad de fase de la onda .
Disyuntor
Gran ola rompiendo
Tipos [ editar ]
La ruptura de las ondas de la superficie del agua puede ocurrir en cualquier lugar donde la amplitud sea suficiente, incluso en el medio del océano. Sin embargo, es particularmente común en las playas porque las alturas de las olas se amplifican en la región de aguas poco profundas (porque la velocidad del grupo es más baja allí). Ver también olas y aguas poco profundas .
Hay cuatro tipos básicos de rompiendo olas de agua. Se están derramando, hundiendo, colapsando y levantando. [3]
Destructores de derrames [ editar ]
Cuando el fondo del océano tiene una pendiente gradual, la ola se empinará hasta que la cresta se vuelva inestable, lo que provocará que las aguas blancas turbulentas se derramen por la cara de la ola. Esto continúa a medida que la ola se acerca a la costa y la energía de la ola se disipa lentamente en las aguas blancas. Debido a esto, las olas que se derraman se rompen durante más tiempo que otras olas y crean una onda relativamente suave. Las condiciones del viento en tierra hacen que los derramadores sean más probables.
Disyuntores hundidos [ editar ]
Una ola hundida ocurre cuando el fondo del océano es empinado o tiene cambios de profundidad repentinos, como los de un arrecife o un banco de arena. La cresta de la ola se vuelve mucho más empinada que una ola derramada, se vuelve vertical, luego se enrosca y cae sobre el canal de la ola, liberando la mayor parte de su energía de una vez en un impacto relativamente violento. Una ola que se hunde rompe con más energía que una ola de derrame significativamente más grande. La onda puede atrapar y comprimir el aire debajo del borde, lo que crea el sonido de "colisión" asociado con las ondas. Con olas grandes, este choque puede ser sentido por los bañistas en tierra. Las condiciones del viento en alta mar pueden hacer que los émbolos sean más probables.
Si una ola hundida no es paralela a la playa (o al fondo del océano), la sección de la ola que llega a las aguas poco profundas se romperá primero, y la sección de ruptura (o curvatura) se moverá lateralmente a través de la cara de la ola cuando la ola continúa Este es el "tubo" que es muy buscado por los surfistas (también llamado "barril", "pozo" y "sala verde", entre otros términos). El surfista intenta permanecer cerca o debajo del borde del choque, a menudo tratando de mantenerse lo más "profundo" posible en el tubo mientras aún puede disparar hacia adelante y salir del cañón antes de que se cierre. Una ola hundida que es paralela a la playa puede romperse a lo largo de toda su longitud a la vez, lo que la hace insoportable y peligrosa. Los surfistas se refieren a estas olas como "cerradas".
Colapso [ editar ]
Las olas colapsadas son un cruce entre el hundimiento y el oleaje, en el que la cresta nunca se rompe por completo, pero la cara inferior de la ola se vuelve más pronunciada y colapsa, lo que produce espuma.
Surgiendo [ editar ]
Los interruptores que surgen se originan de largos periodos, olas de poca pendiente y / o perfiles empinados de playa. El resultado es el rápido movimiento de la base de la ola hacia arriba de la pendiente de barrido y la desaparición de la cresta de la ola. La cara frontal y la cresta de la ola permanecen relativamente lisas con poca espuma o burbujas, lo que da como resultado una zona de surf muy estrecha o sin olas rompientes. El breve y agudo estallido de la energía de la onda significa que el ciclo de lavado / retrolavado se completa antes de la llegada de la siguiente ola, lo que lleva a un valor bajo de la diferencia de fase de Kemp (<0 .5="" font="" nbsp="">Las olas que surgen son típicas de los estados de playa reflexivos. En playas más empinadas, la energía de la ola puede reflejarse desde el fondo hacia el océano, causando olas estacionarias .
Física [ editar ]
Durante la ruptura, se forma una deformación (generalmente una protuberancia) en la cresta de la ola, cuyo lado principal se conoce como el "dedo del pie". Se forman ondas capilares parasitarias, con longitudes de onda cortas. Los que están arriba del "dedo del pie" tienden a tener longitudes de onda mucho más largas. Esta teoría es todo menos perfecta, sin embargo, ya que es lineal. Ha habido un par de teorías no lineales del movimiento (con respecto a las ondas). Una de las propuestas utiliza un método de perturbación para ampliar la descripción hasta el tercer orden, y desde entonces se han encontrado mejores soluciones. En cuanto a la deformación de onda, se han creado métodos muy parecidos al método integral de límitesy al modelo de Boussinesq .
Se ha encontrado que los detalles de alta frecuencia presentes en una onda de rotura juegan un papel en la deformación y desestabilización de la cresta. La misma teoría expande esto, afirmando que los valles de las ondas capilares crean una fuente de vorticidad . Se dice que la tensión superficial (y la viscosidad ) son significativas para ondas de hasta aproximadamente 7 cm (3 in) de longitud de onda. [4]
Sin embargo, estos modelos son defectuosos, ya que no pueden tomar en cuenta lo que sucede con el agua después de que se rompe la ola. Las formas de remolinos post-break y la turbulencia creada a través de la ruptura son en su mayoría no investigadas. Comprensiblemente, podría ser difícil obtener resultados predecibles del océano.
Después de que la punta de la ola se vuelque y el chorro se colapse, se crea un vórtice horizontal muy coherente y definido. Los rompedores que se hunden crean remolinos secundarios en la cara de la ola. Pequeños remolinos al azar horizontales que se forman en los lados de la onda sugieren que, quizás, antes de romperse, la velocidad del agua es más o menos bidimensional. Esto se vuelve tridimensional al romperse.
El vórtice principal a lo largo del frente de la ola se difunde rápidamente hacia el interior de la ola después de romperse, a medida que los remolinos en la superficie se vuelven más viscosos. La advección y la difusión molecular desempeñan un papel en el estiramiento del vórtice y la redistribución de la vorticidad, así como la formación de cascadas de turbulencia. La energía de los vórtices grandes se transfiere, por este método, a vórtices isotrópicos mucho más pequeños.
Se han realizado experimentos para deducir la evolución de la turbulencia después del recreo, tanto en aguas profundas como en una playa.
En hidrodinámica , el clapotis (del francés para "lapeado de agua") es un patrón de onda estacionaria que no se rompe , causado, por ejemplo, por el reflejo de un tren de ondas de superficie que viaja desde una línea costera casi vertical como un rompeolas , un dique o un acantilado. . [1] [2] [3] [4] La onda clapótica resultante [5] no se desplaza horizontalmente, sino que tiene un patrón fijo de nodos y antinodos . [6] Estas ondas promueven la erosión en la punta del muro, [7] y puede causar graves daños a las estructuras costeras. [8] El término fue acuñado en 1877 por el matemático y físico francés Joseph Valentin Boussinesq, quien llamó a estas olas 'le clapotis', que significa '' lapping ". [9] [10]
En el caso idealizado de "clapotis total", donde una onda entrante puramente monotónica se refleja completamente normal a una pared vertical sólida, [11] [12] la altura de la ondaestacionaria es el doble de la altura de las ondas entrantes a una distancia de media longitud de onda de la pared. [13] En este caso, las órbitas circulares de las partículas de agua en la onda de aguas profundas se convierten en movimiento puramente lineal, con velocidades verticales en los antinodos, y velocidades horizontales en los nodos. [14] Las ondas estacionarias suben y bajan alternativamente en un patrón de imagen de espejo, ya que la energía cinética se convierte en energía potencial, y viceversa. [15] En su texto de 1907, Arquitectura naval , Cecil Peabody describió este fenómeno:
Fenómenos relacionados [ editar ]
El verdadero clapotis es muy raro, ya que es poco probable que la profundidad del agua o la precipitación de la costa satisfagan completamente los requisitos idealizados. [15] En el caso más realista de clapotis parcial , donde parte de la energía de la onda entrante se disipa en la costa, [17] la onda incidente se refleja menos del 100%, [11] y solo se forma una onda estacionaria parcial donde Los movimientos de partículas de agua son elípticos. [18] Esto también puede ocurrir en el mar entre dos trenes de ondas diferentes de casi la misma longitud de onda que se mueven en direcciones opuestas, pero con amplitudes desiguales. [19] En clapotis parciales, la envoltura de onda contiene algún movimiento vertical en los nodos. [19]
Cuando un tren de onda golpea una pared en un ángulo oblicuo, el tren de onda reflejada parte en el ángulo suplementario causando un patrón de interferencia de onda cruzado conocido como el clapotis gaufré ("clapotis waffled"). [8] En esta situación, las crestas individuales formadas en la intersección del incidente y las crestas de los trenes de ondas reflejadas se mueven paralelas a la estructura. Este movimiento de onda, cuando se combina con los vórtices resultantes , puede erosionar el material del fondo marino y transportarlo a lo largo de la pared, minando la estructura hasta que falla. [8]
Las ondas clapóticas en la superficie del mar también irradian microbaroms infrasónicos a la atmósfera, y señales sísmicas llamadas microsismos acoplados a través del fondo del océano a la Tierra sólida. [20]
Clapotis ha sido llamada la perdición y el placer del kayak de mar . 
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