Wydaje się, że jest to banalne pytanie, ale jest kilka interesujących niuansów.
Fale powstają z różnych powodów: z powodu wiatru, przejścia statku, przedmiotu wpadającego do wody, przyciągania księżyca, trzęsienia ziemi, erupcji podwodnego wulkanu lub osunięcia się ziemi. Ale jeśli z przelatującego statku lub spadającego obiektu są one spowodowane przemieszczeniem się cieczy, przyciąganie Księżyca i Słońca przyczynia się do pojawienia się fal pływowych, a trzęsienie ziemi może spowodować tsunami, z wiatrem trudniejszym.
Tak to się dzieje …
Chodzi o ruch powietrza - są w nim chaotyczne wiry, małe na powierzchni i duże w oddali. Kiedy przechodzą nad zbiornikiem, ciśnienie spada, a na jego powierzchni tworzy się wybrzuszenie. Wiatr zaczyna mocniej naciskać na swoje nawietrzne zbocze, co prowadzi do różnicy ciśnień i przez to ruch powietrza zaczyna „pompować” energię do fali. W tym przypadku prędkość fali jest proporcjonalna do jej długości, to znaczy im dłuższa długość, tym większa prędkość. Wysokość fali i jej długość są ze sobą powiązane. Dlatego, gdy wiatr przyspiesza falę, zwiększa się jej prędkość, a zatem zwiększa się długość i wysokość. To prawda, że im bliżej prędkości fali jest prędkość wiatru, tym mniej energii wiatr może przekazać fali. Jeśli ich prędkości są równe, wiatr w ogóle nie przekazuje energii fali.
Zobaczmy teraz, jak generalnie powstają fale. Za ich powstawanie odpowiadają dwa mechanizmy fizyczne: siła grawitacji i siła napięcia powierzchniowego. Kiedy część wody podnosi się, siła grawitacji próbuje ją cofnąć, a kiedy spada, wypiera sąsiednie cząsteczki, które również próbują zawrócić. Siła napięcia powierzchniowego nie dba o to, w jakim kierunku wygina się powierzchnia cieczy, działa w każdym przypadku. W rezultacie cząsteczki wody oscylują jak wahadło. Sąsiednie obszary są przez nie „zarażane” i powstaje powierzchniowa fala wędrująca.
Energia fal jest dobrze przenoszona tylko w kierunku, w którym cząstki mogą się swobodnie poruszać. Łatwiej jest to zrobić na powierzchni niż na głębokości. Dzieje się tak, ponieważ powietrze nie stwarza żadnych ograniczeń, podczas gdy na głębokości cząsteczki wody są w bardzo ciasnych warunkach. Powodem jest słaba ściśliwość. Z tego powodu fale mogą przemieszczać się na duże odległości wzdłuż powierzchni, ale bardzo szybko zanikają głębiej.
Film promocyjny:
Ważne jest, aby podczas fali cząsteczki cieczy prawie się nie poruszały. Na dużych głębokościach trajektoria ich ruchu ma kształt koła, na małych głębokościach - wydłużonej poziomej elipsy. Dzięki temu statki w porcie, ptaki czy kawałki drewna huśtają się na falach bez faktycznego przemieszczania się po powierzchni.
Szczególnym rodzajem fal powierzchniowych są tak zwane fale rogue - gigantyczne pojedyncze fale. Dlaczego powstają, wciąż nie jest znane. Występują rzadko i nie można ich modelować w warunkach laboratoryjnych. Niemniej jednak większość naukowców uważa, że fałszywe fale powstają z powodu gwałtownego spadku ciśnienia nad powierzchnią morza lub oceanu. Ale przed nimi dokładniejsze ich zbadanie.
Julia Skopich
