I dette blogginnlegget skal vi analysere hovedfaktorene som påvirker bølgehastigheten: amplitude, bølgelengde, horisontal avstand og dybde, og forklare deres forhold til fysiske egenskaper.
Vi vil utlede farten til en bølge gjennom tre variabler: amplitude, horisontal avstand og bølgelengde. Før vi begynner, la oss definere begrepene. Amplitude, som er bølgeamplitude på engelsk, er avstanden som en vannpartikkel på en overflate stiger eller faller fra sin gjennomsnittlige høyde. Det er med andre ord forskyvningen fra middelhøyden og er direkte relatert til bølgens energi. Jo større amplituden er, jo mer energi har bølgen, og desto kraftigere er dens innvirkning.
Deretter refererer horisontal avstand til den horisontale avstanden som vannpartikler på en overflate beveger seg fremover eller bakover fra sin gjennomsnittlige posisjon. Dette konseptet spiller en viktig rolle for å forstå hvordan partiklene beveger seg i retning av en bølges vandring: den horisontale avstanden indikerer retningsevnen til energien som bølgen overfører til partiklene, som er nært knyttet til bølgens forplantningshastighet.
Bølgelengde er avstanden fra nabomål til mål eller gulv til gulv, som representerer én periode av bølgen. Bølgelengde er en viktig faktor for å beskrive bølgenes periodiske natur, som påvirker frekvensen og hastigheten deres. Bølgelengde beskriver også den fysiske størrelsen til en bølge og er en essensiell variabel for å forstå oppførselen til en bølge i et bestemt miljø.
En enkel harmonisk bevegelse er en der start- og sluttverdiene er de samme. For eksempel er en sinkurve et typisk eksempel på en slik bevegelse, og brukes ofte i matematisk modellering av bølger. Bølger er basert på periodisk bevegelse, og det er denne periodisiteten som gir dem egenskapen å overføre energi med en konstant hastighet.
La oss deretter snakke om akselerasjonsmønsteret til bølger: "nedoverretningen" vi tenker på er retningen til den kombinerte kraften, som generelt faller sammen med tyngdekraftens retning. Det viktige å merke seg her er at tyngdekraften gir en konstant akselerasjon som virker på alle objekter. Tenk deg at vi er på et raskt snurrende objekt, for eksempel en berg-og-dal-bane. Hvis det er en fiskeskål med vann rundt oss, hvilken vei vender vannets overflate? Hva er retningen vi "føler" vi går nedover? 'Horizonten' er den rolige, bølgefrie overflaten av havet. Normalen til horisonten tilsvarer tyngdekraftens retning. Men hvis det er bølger, avviker vannoverflaten fra horisonten. Observatørens oppfatning av "ned" kan være relatert til bølgeretningen.
Formen på bølgefronten bestemmes av tyngdekraften og akselerasjonen til vannpartiklene. Vannpartikler beveger seg langs en bølgefront, som igjen indikerer retningen på akselerasjonen de opplever. Så ved å observere retningen til bølgefronten, kan vi utlede retningen til akselerasjonen partiklene opplever. I denne prosessen kan vi si at bevegelsesretningen til bølgen, dvs. fremdriftsretningen, ikke spiller noen rolle. Dette er fordi selv om bølgen beveger seg i en bestemt retning, opplever partiklene separate akselerasjoner basert på deres bevegelse.
Deretter skal vi snakke om hastighetsmønstrene til bølger. Når en bølge er tilstede, viser hellingen av havoverflaten akselerasjonen til vannpartiklene. Denne skråningen er en viktig faktor for å bestemme hastigheten som vannpartikler stiger eller faller med langs bølgefronten. Fra akselerasjonsmønsteret kan vi få en ide om hvordan hastighetsmønsteret til partiklene er. Alle vannpartikler deler det samme bevegelsesmønsteret: sirkulær bevegelse. Det er bare at tidspunktet for den spesielle bevegelsen er forskjellig avhengig av hvor de befinner seg. Her antar vi at bølgen beveger seg fra venstre til høyre, så hvis vi tar i betraktning retningen på bølgens vandring, vil partikkelen mellom de to tidspunktene ha nådd sin maksimale horisontale hastighet i retning fremover, og vi vet at det er da bølgebunnen passerer denne partikkelen. Den samme diskusjonen gjelder målet med bølgen. Når bølgen passerer, vil partikkelen ha en maksimal horisontal hastighet i bakoverretningen.
Dette hastighetsmønsteret oppnås ved ganske enkelt å integrere akselerasjonsmønsteret, hvor akselerasjonen kun dikterer økning eller reduksjon i hastighet. Vi har ganske enkelt antatt at integrasjonskonstanten er null, men det er verdt å tenke nærmere på om det er trygt å anta at integrasjonskonstanten er null, eller om diskusjonen ovenfor fortsatt ville holde dersom vi introduserte en vilkårlig integrasjonskonstant.
Til slutt, la oss snakke om oppførselen til bølger på grunt vann. Anta at en bølge beveger seg gjennom svært grunt vann. Hvis bølgen beveger seg i riktig retning, vil vannpartiklene på overflaten bevege seg nedover ved hvert punkt mellom toppen og målet den følger. Vannets bane er sterkt påvirket av vannets grunnhet, noe som betyr at vannpartiklene har en større horisontal forskyvning jo grunnere vannet er, noe som gjør partiklenes bane til en horisontalt langstrakt ellipse. Forholdet mellom den lange radiusen og den korte radiusen til denne ellipsen bestemmes av forholdet mellom vannets dybde og bølgelengden.
Så jo lengre bølgelengde, jo grunnere vannet er, jo mer forlenget er ellipsen, noe som betyr at partikkelens horisontale hastighet er større enn dens vertikale hastighet. Denne egenskapen til bølger er en viktig ledetråd for å forstå bølgeadferd på grunt vann. På grunnere dyp overføres energien i en bølge primært horisontalt, noe som langt på vei forklarer hvordan bølger deformeres nær kysten og hvordan de overfører energi.
