Val de rupere - Breaking wave
În dinamica fluidelor , o undă de rupere sau întrerupător este o undă a cărei amplitudine atinge un nivel critic la care poate începe brusc un proces care determină transformarea unor cantități mari de energie de undă în energie cinetică turbulentă . În acest moment, modelele fizice simple care descriu dinamica undelor devin adesea invalide, în special cele care presupun un comportament liniar .
Cel mai cunoscut tip de val de rupere este ruperea valurilor de suprafață a apei pe o coastă. Frângerea valurilor are loc în general în cazul în care amplitudinea atinge punctul în care creasta valului se răstoarnă efectiv - tipurile de valuri de suprafață ale apei sunt discutate mai detaliat mai jos. Anumite alte efecte în dinamica fluidelor au fost, de asemenea, denumite „valuri de rupere”, parțial prin analogie cu undele de suprafață ale apei. În meteorologie , se spune că undele gravitaționale atmosferice se rup atunci când valul produce regiuni în care temperatura potențială scade odată cu înălțimea, ducând la disiparea energiei prin instabilitate convectivă ; la fel, se spune că undele Rossby se rup atunci când gradientul de vorticitate potențial este răsturnat. Ruperea valului are loc și în plasme , când viteza particulelor depășește viteza de fază a valului . O altă aplicație în fizica plasmei este expansiunea plasmei într-un vid , în care procesul de rupere a undelor și dezvoltarea ulterioară a unui vârf de ioni rapid este descris de ecuația Sack-Schamel .
Un recif sau o pată de apă de mică adâncime, cum ar fi un șold, împotriva căruia se rup valurile, poate fi, de asemenea, cunoscut sub numele de spargător.
Tipuri
Ruperea undelor de suprafață a apei poate avea loc oriunde amplitudinea este suficientă, inclusiv în mijlocul oceanului. Cu toate acestea, este deosebit de frecvent pe plaje, deoarece înălțimile valurilor sunt amplificate în regiunea apei mai puțin adânci (deoarece viteza grupului este mai mică acolo). Vezi și valuri și apă puțin adâncă .
Există patru tipuri de bază de valuri de apă care se sparg. Se varsă, scufundă, se prăbușesc și se agită.
Vărsători de rupere
Când fundul oceanului are o pantă treptată, valul se va abrupta până când creasta devine instabilă, rezultând ape albe turbulente care se revarsă pe fața valului. Acest lucru continuă pe măsură ce valul se apropie de țărm, iar energia valului este disipată încet în apele albe. Din această cauză, valurile deversate se rup mai mult timp decât alte valuri și creează un val relativ blând. Condițiile eoliene de pe uscat fac spillers mai probabil.
Scufundări
Un val scufundat apare atunci când fundul oceanului este abrupt sau are modificări bruște de adâncime, cum ar fi dintr-un recif sau o bară de nisip. Creasta valului devine mult mai abruptă decât o undă vărsată, devine verticală, apoi se îndoaie și cade pe jgheabul undei, eliberând cea mai mare parte a energiei sale simultan într-un impact relativ violent. Un val care se scufundă se rupe cu mai multă energie decât un val de vărsare semnificativ mai mare. Valul poate prinde și comprima aerul de sub buză, ceea ce creează sunetul „care se prăbușește” asociat cu undele. Cu valuri mari, această prăbușire poate fi resimțită de plajați pe uscat. Condițiile eoliene offshore pot face pistonii mai probabili.
Dacă un val care scufundă nu este paralel cu plaja (sau cu fundul oceanului), secțiunea undei care ajunge la apă puțin adâncă se va sparge mai întâi, iar secțiunea de rupere (sau bucla) se va deplasa lateral pe fața valului ca undă continuă. Acesta este „tubul” atât de căutat de surferi (numit și „butoi”, „groapă” și „camera verde”, printre alți termeni). Surferul încearcă să rămână aproape sau sub buza care se prăbușește, încercând adesea să rămână cât mai „adânc” în tub posibil, în timp ce este în continuare capabil să tragă înainte și să iasă din butoi înainte ca acesta să se închidă. Un val scufundat care este paralel cu plaja se poate sparge de-a lungul întregii sale lungimi simultan, făcându-l irecuperabil și periculos. Surferii se referă la aceste valuri drept „închise”.
Prăbușindu-se
Valurile prăbușite sunt o încrucișare între scufundare și creștere, în care creasta nu se rupe niciodată complet, totuși fața inferioară a valului devine mai abruptă și se prăbușește, rezultând spumă.
Surging
Întrerupătoarele care provin din surse provin din perioade lungi, valuri abrupte reduse și / sau profiluri abrupte de plajă. Rezultatul este mișcarea rapidă a bazei valului pe panta swash și dispariția creastei valului. Fața frontală și creasta valului rămân relativ netede, cu puțină spumă sau bule, rezultând o zonă de surf foarte îngustă sau fără valuri de rupere. Explozia scurtă și ascuțită a energiei valurilor înseamnă că ciclul swash / backwash se finalizează înainte de sosirea următorului val, ducând la o valoare scăzută a diferenței de fază a lui Kemp (<0,5). Valurile care se agită sunt tipice stărilor reflectorizante ale plajei. Pe plajele mai abrupte, energia valului poate fi reflectată de fund înapoi în ocean, provocând valuri staționare .
Fizică
În timpul ruperii, se formează o deformare (de obicei o umflătură) la creasta valului, ambele părți de conducere fiind cunoscute sub numele de „deget de la picior”. Se formează unde capilare parazitare, cu lungimi de undă scurte. Cei de deasupra „degetului” tind să aibă lungimi de undă mult mai mari. Cu toate acestea, această teorie este perfectă, deoarece este liniară. Au existat câteva teorii neliniare ale mișcării (referitoare la unde). Unul dintre cele prezentate folosește o metodă de perturbare pentru a extinde descrierea până la ordinea a treia și de atunci au fost găsite soluții mai bune. În ceea ce privește deformarea undelor, au fost create metode asemănătoare metodei integrale la limită și modelul Boussinesq .
S-a constatat că detaliile de înaltă frecvență prezente într-o undă de rupere joacă un rol în deformarea și destabilizarea crestei. Aceeași teorie se extinde în acest sens, afirmând că văile valurilor capilare creează o sursă de vorticitate . Se spune că tensiunea superficială (și vâscozitatea ) sunt semnificative pentru undele de până la aproximativ 7 cm (3 in) lungime de undă.
Cu toate acestea, aceste modele sunt defecte, deoarece nu pot lua în considerare ceea ce se întâmplă cu apa după ce valul se rupe. Formele turbionare post-pauză și turbulențele create prin spargere sunt în cea mai mare parte necercetate. Înțeles, ar putea fi dificil să obținem rezultate predictibile din ocean.
După ce vârful valului se răstoarnă și jetul se prăbușește, acesta creează un vortex orizontal foarte coerent și definit. Întrerupătoarele care scufundă creează vârtejuri secundare pe fața valului. Micile vârtejuri aleatorii orizontale care se formează pe părțile laterale ale valului sugerează că, probabil, înainte de rupere, viteza apei este mai mult sau mai puțin bidimensională. Acest lucru devine tridimensional la rupere.
Vârtejul principal de-a lungul părții frontale a valului se difuzează rapid în interiorul undei după rupere, pe măsură ce vârtejurile de pe suprafață devin mai vâscoase. Advecția și difuzia moleculară joacă un rol în întinderea vortexului și redistribuirea vorticității, precum și formarea cascadelor de turbulență. Energia vârtejurilor mari este, prin această metodă, transferată în vortexuri izotrope mult mai mici.
Au fost efectuate experimente pentru a deduce evoluția turbulențelor după pauză, atât în apele adânci, cât și pe o plajă.
Vezi si
- Număr Iribarren - Parametru fără dimensiuni utilizat pentru modelarea mai multor efecte ale ruperii undelor gravitaționale de suprafață pe plaje și structuri de coastă.
- Turbulența valurilor - Set de unde neliniare deviate departe de echilibrul termic