ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΖΩΤΟΥ ΒΙΚΤΩΡΙΑ ΓΙΑΝΝΟΥΛΗ
Αν έχεις περπατήσει κατά μήκος της παραλίας πιθανόν έχεις αντιληφθεί ότι τα κύματα πάντα κυματίζουν παράλληλα με την παραλία. Για μια παραλία βορρά-νότου αυτό είναι αρκετά λογικό στην περίπτωση ενός ανατολικού ανέμου. Αλλά αν ο άνεμος είναι από τον Βορρά, δεν είναι παράξενο ότι τα κύματα δεν αλλάζουν κατεύθυνση, αλλά συνεχίζουν να έρχονται παράλληλα στην παραλία; Υπάρχει λίγη Φυσική πίσω από αυτό. Η έμμεση αιτία είναι ότι η παραλία ανεβαίνει σταδιακά. Όσο πλησιάζουμε στην ακτή το πάχος του στρώματος νερού γίνεται σταδιακά μικρότερο και αυτό το πάχος επηρεάζει την ταχύτητα των κυμάτων. Καθώς το νερό γίνεται πιο ρηχό, η ταχύτητα μειώνεται.
Τώρα θεωρήστε αυτά τα υπέροχα κύματα, ότι προκαλούνται από ένα βορειοανατολικό άνεμο, επομένως ταξιδεύουν με γωνία 45°ως προς την ακτή (Εικ. 1a). Καθώς τα κύματα πλησιάζουν την ακτή, η μια άκρη μιας μετωπικής επιφάνειας του κύματος που είναι πιο μακριά από την ακτή, θα είναι σε βαθύτερα νερά από την άλλη άκρη που βρίσκεται κοντά στην ακτή (Εικ. 1b). Θυμηθείτε τώρα ότι η ταχύτητα στη βαθιά πλευρά είναι μεγαλύτερη απ’ ό,τι στη ρηχή πλευρά. Έτσι, τα κύματα στρίβουν σταδιακά προς την ακτή, αφού το βαθύ τμήμα που είναι στην εξωτερική πλευρά ταξιδεύει πιο γρήγορα. Το κύμα λοιπόν στρέφεται προς την παραλία (Εικ. 1c) μέχρι να γίνουν οι ταχύτητες στα άκρα του κύματος ίσες, κάτι που συμβαίνει μόνο όταν το κύμα είναι παράλληλο με την ακτή, όπου τα βάθη είναι ίσα (Εικ. 1d). Μετά από την ευθυγράμμιση δεν υπάρχει κανένας λόγος για να αποκλίνει από την ευθεία πορεία και τα κύματα παραμένουν παράλληλα με την ακτή, υπό την προϋπόθεση βέβαια ότι η κλίση του πυθμένα του ωκεανού είναι λίγο πολύ ίση παντού. Συμπέρασμα: οι surfers πρέπει να ευχαριστούν το Θεό για τις ομοιόμορφες κλίσεις στον πυθμένα της θάλασσας. Και για τους νόμους της φυσικής φυσικά.
ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΥΜΑΤΩΝ ΘΑΛΑΣΣΑΣ
Η ταχύτητα με την οποία διαδίδονται τα κύματα του νερού εξαρτάται από πολλές μεταβλητές. Δύο δυνάμεις που θέλουν να επαναφέρουν μια επιφάνεια στην ομαλότητα είναι η επιφανειακή τάση (που κάνει τις σταγόνες βροχής σφαιρικές) και η βαρύτητα. Μόλις στο κύμα σχηματιστεί μια κορυφή και οι δύο δυνάμεις θέλουν να την καταστείλουν. Επομένως, και οι δύο επηρεάζουν την ταχύτητα. Η επιφανειακή τάση είναι σημαντική μόνο για μικρούς κυματισμούς στο νερό με μήκη κύματος μερικών εκατοστών, οπότε μπορούμε να την αγνοήσουμε. Για τα μεγαλύτερα κύματα, όπως στην παραλία, επικρατεί η βαρύτητα. Στην περίπτωση αυτή σημαντικό ρόλο παίζει ο λόγος του μήκους του κύματος προς το βάθος του νερού. Για μια ρηχή παραλία μπορούμε να υποθέσουμε ότι το μήκος του κύματος είναι μεγάλο σε σύγκριση με το βάθος και τότε η έκφραση της ταχύτητας (υ) είναι απλά: υ=√(g D), όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας και D είναι το βάθος. Έτσι η ταχύτητα του κύματος μειώνεται όσο μειώνεται το βάθος. Για βάθος δύο μέτρων και g = 10 m/s2, διαπιστώνουμε ότι η ταχύτητα είναι περίπου 4,5 m/s. Εάν το βάθος μειωθεί σε ένα μέτρο, η ταχύτητα είναι περίπου 3 m/s – μόνο δύο ή τρεις φορές τη ταχύτητα περπατήματος.
Everyday Physics: Unusual insights into familiar things
