Selles blogipostituses analüüsime peamisi lainekiirust mõjutavaid tegureid: amplituudi, lainepikkust, horisontaalset kaugust ja sügavust ning selgitame nende seost füüsikaliste omadustega.
Me tuletame laine liikumiskiiruse kolme muutuja kaudu: amplituud, horisontaalne kaugus ja lainepikkus. Enne alustamist määratleme terminid. Amplituud, mis on inglise keeles laine amplituud, on vahemaa, mille jooksul veeosake pinnal tõuseb või langeb oma keskmisest kõrgusest. Teisisõnu, see on nihkumine keskmisest kõrgusest ja on otseselt seotud laine energiaga. Mida suurem on amplituud, seda rohkem on lainel energiat ja seda võimsam on selle mõju.
Järgmisena viitab horisontaalkaugus horisontaalsele kaugusele, mille jooksul pinnal olevad veeosakesed liiguvad oma keskmisest asendist edasi või tagasi. See kontseptsioon mängib olulist rolli mõistmaks, kuidas osakesed liiguvad laine liikumise suunas: horisontaalne kaugus näitab laine osakestele edastatava energia suunalisust, mis on tihedalt seotud laine levimiskiirusega.
Lainepikkus on kaugus naabereesmärgist eesmärgini või põrandast põrandani, mis tähistab laine ühte perioodi. Lainepikkus on oluline tegur lainete perioodilisuse kirjeldamisel, mis mõjutab nende sagedust ja kiirust. Lainepikkus kirjeldab ka laine füüsilist suurust ja on oluline muutuja laine käitumise mõistmiseks konkreetses keskkonnas.
Lihtne harmooniline liikumine on selline, mille algus- ja lõppväärtused on samad. Näiteks patukõver on sellise liikumise tüüpiline näide ja seda kasutatakse sageli lainete matemaatilises modelleerimises. Lained põhinevad perioodilisel liikumisel ja just see perioodilisus annab neile omaduse energiat konstantsel kiirusel üle kanda.
Järgmisena räägime lainete kiirendusmustrist: "Allasuunaline suund", mida me mõtleme, on kombineeritud jõu suund, mis üldiselt langeb kokku gravitatsiooni suunaga. Oluline on siinkohal märkida, et gravitatsioon tagab pideva kiirenduse, mis mõjutab kõiki objekte. Kujutage ette, et oleme kiiresti pöörleval objektil, näiteks rulluisusel. Kui meie ümber on veekogu, siis kumma poole on veepind suunatud? Mis on suund, mida me tunneme, et me alla läheme? "Horisont" on rahulik, lainevaba ookeani pind. Horisondi normaal vastab gravitatsiooni suunale. Kui aga lained esinevad, kaldub veepind horisondist kõrvale. Vaatleja taju „alla” võib olla seotud laine liikumise suunaga.
Lainefrondi kuju määrab gravitatsioon ja veeosakeste kiirendus. Veeosakesed liiguvad mööda lainefrondit, mis omakorda näitab nende poolt kogetava kiirenduse suunda. Seega saame lainefrondi suunda jälgides järeldada osakeste kogetava kiirenduse suunda. Selles protsessis võime öelda, et laine liikumise suund, st progresseerumise suund, ei oma tähtsust. Seda seetõttu, et kuigi laine liigub kindlas suunas, kogevad osakesed nende liikumisest lähtuvalt eraldi kiirendusi.
Järgmisena räägime lainete kiirusmustritest. Kui laine esineb, näitab ookeanipinna kalle veeosakeste kiirenemist. See kalle on oluline tegur, mis määrab kiiruse, millega veeosakesed tõusevad või langevad piki lainefrondit. Kiirendusmustri järgi saame aimu, milline on osakeste kiirusmuster. Kõik veeosakesed jagavad sama liikumismustrit: ringliikumine. Lihtsalt selle konkreetse liikumise ajastus on olenevalt nende asukohast erinev. Siin eeldame, et laine liigub vasakult paremale, nii et kui võtta arvesse laine liikumissuunda, on kahe ajapunkti vaheline osake saavutanud oma maksimaalse horisontaalse kiiruse edasisuunas ja me teame, et see on siis, kui laine põhi möödub sellest osakesest. Sama arutelu kehtib laine eesmärgi kohta. Kui laine möödub, on osakesel maksimaalne horisontaalne kiirus tagasisuunas.
See kiirusmuster saadakse lihtsalt kiirendusmustri integreerimisega, kus kiirendus dikteerib ainult kiiruse suurenemise või vähenemise. Oleme lihtsalt eeldanud, et integreerimiskonstandiks on null, kuid tasub edasi mõelda, kas on ohutu eeldada, et integreerimiskonstandi väärtus on null või kas ülaltoodud arutelu jätkuks, kui võtaksime kasutusele suvalise integreerimiskonstandi.
Lõpetuseks räägime lainete käitumisest madalas vees. Oletame, et laine liigub läbi väga madala vee. Kui laine liigub õiges suunas, siis igas punktis harja ja sellele järgneva eesmärgi vahel liiguvad pinnal olevad veeosakesed allapoole. Vee teekonda mõjutab tugevalt vee madalus, mis tähendab, et veeosakeste horisontaalne nihe on seda madalam, mida madalam on vesi, mistõttu osakeste teekond on horisontaalselt piklik ellips. Selle ellipsi pika raadiuse ja lühikese raadiuse suhte määrab vee sügavuse ja lainepikkuse vaheline suhe.
Seega, mida pikem on lainepikkus, seda madalam on vesi, seda piklikum on ellips, mis tähendab, et osakese horisontaalne kiirus on suurem kui selle vertikaalne kiirus. See lainete omadus on oluline vihje lainete käitumise mõistmiseks madalas vees. Madalamal sügavusel kandub laine energia peamiselt horisontaalselt, mis aitab palju selgitada, kuidas lained kalda lähedal deformeeruvad ja kuidas nad energiat üle kannavad.
