Falowanie

Falowanie wody.
A – Na głębinach, kołowy ruch cząsteczek maleje z głębokością.
B – Na płyciznach. Ruch kołowy zamienia się na eliptycznie spłaszczony – tym bardziej im płytsza jest woda.
1 – kierunek propagacji.
2 – grzbiet fali.
3 – dolina fali

Fale morskie uderzające o brzeg

Ilustracja dyspersji monochromatycznej grupy fal oceanicznych na powierzchni głębokiej wody. Czerwony punkt porusza się z prędkością fazową, zielony - z prędkością grupową

Fala uderzejąca w skały w La Jolla

Sekwencja uderzania fali o skałę

Falowanie, fale morskie – oscylacyjny ruch cząstek wody po orbitach kołowych lub eliptycznych. Najczęstszą przyczyną falowania jest tarcie wiatru o powierzchnię wody.

Falowanie wiatrowe

Falowanie wiatrowe to uporządkowany, falowy oraz w niewielkim stopniu postępowy ruch przypowierzchniowych warstw wody w zbiornikach wodnych, wywołany wiatrem. Energia wiatru zamieniana jest w energię kinetyczną cząstek wody na skutek tarcia na styku wody i powietrza. Gdy lokalnie woda podnosi się, nad tym miejscem zwiększa się prędkość powietrza, co wywołuje spadek ciśnienia (zgodnie z prawem Bernoulliego). Ten z kolei podnosi jeszcze bardziej nierówność, a nadana prędkość ją przesuwa, kształtując grzbiet fali. W dolinie zachodzą zjawiska w odwrotnym kierunku. Cząstki wody poruszają się po zamkniętych orbitach eliptycznych.

Rozmiary falowania (wysokość, długość i okres fali) zależą od:

• prędkości wiatru generującego falowanie,
• czasu działania wiatru z tego samego lub zbliżonego kierunku,
• długość rozbiegu fali.

W akwenach płytkich na parametry fali ma też wpływ głębokość akwenu.

Proces przekazywania energii wiatru powierzchni wody jest zależny od różnicy prędkości fali i prędkości wiatru, dlatego dla danej prędkości wiatru istnieje maksymalna długość i wysokość fali, którą może wywołać.

Wyróżnia się:

• Falowanie ustalone - które przy danej prędkości wiatru osiągnęło swoje maksymalne rozmiary.
• Falowanie nieustalone - które przy danej prędkości wiatru nie osiągnęło jeszcze swoich maksymalnych rozmiarów.

Falowanie ustalone zachodzi po odpowiednio długim czasie działania wiatru na powierzchnię wody, dlatego falowanie ustalone dla wiatru o dużej prędkości może zajść tylko dla odpowiednio dużych akwenów i czasie wiania wiatru.

Parametry fali

• wysokość
• długość
• stromość
• okres
• prędkość fazowa

Prędkość fazową wód głębokich dobrze aproksymuje równanie:

$s=\sqrt{\frac{g \lambda}{2\pi} \tanh \left(\frac{2\pi d}{\lambda}\right)}$

gdzie

s = prędkość fazowa;

λ = długość fali;

d = głębokość wody;

g = przyspieszenie ziemskie na powierzchni.

natomiast dla płytkich przybliżenie Boussinesq

Wysokość i długość fali zależy od takich czynników jak prędkość wiatru, jego stałość czy głębokość akwenu.

Typy falowania wiatrowego

• rozwijające się
• ustalone
• mieszane

Inne typy falowania

Oprócz najczęściej spotykanych fal wiatrowych wyróżnia się także inne rodzaje fali, wywoływane przez inne czynniki:

• fale sejsmiczne – wywołane podmorskim trzęsieniami ziemi (lub osuwiskami); mogą wówczas powstać wysokie i niszczycielskie fale nazywane tsunami, powstałe w wyniku wybuchu podmorskiego bądź podoceanicznego wulkanu.
• fale pływowe – wywołane przyciąganiem Słońca i Księżyca
• fale baryczne (sejsze) – wywołane różnicami ciśnienia atmosferycznego
• fale okrętowe – wywołane ruchem morskich jednostek pływających

Zobacz też

• skala Beauforta
• amplituda falowania