Welle brechen

Tiefende Brecher
Großes Wellenbruch

Im Flüssigkeitsdynamik, a Welle brechen oder Breaker ist ein Welle Deren Amplitude erreicht ein kritisches Niveau, auf dem sich große Mengen an Wellenenergie verwandeln turbulent kinetische Energie. Zu diesem Zeitpunkt werden einfache physikalische Modelle, die die Wellendynamik beschreiben, häufig ungültig, insbesondere solche, die annehmen linear Verhalten.

Die allgemein bekannteste Art von Breaking Wave ist das Brechen von Wasseroberflächenwellen An einer Küste. Wellenbrecher treten im Allgemeinen auf, wenn die Amplitude den Punkt erreicht, an dem das Wellenkamm tatsächlich umkippt - die Arten von Wasseroberflächenwellen werden nachstehend ausführlicher diskutiert. Bestimmte andere Effekte in der Flüssigkeitsdynamik wurden ebenfalls als "Breaking Waves" bezeichnet, teilweise durch Analogie mit Wasseroberflächenwellen. Im Meteorologie, atmosphärisch Schwerkraftwellen sollen brechen, wenn die Welle Regionen produziert, in denen die Potentialtemperatur nimmt mit der Höhe ab und führt zu einer Energieabteilung durch konvektive Instabilität; gleichfalls, Rossby Wellen sollen brechen[1] wenn der potenzielle Wirbel Gradient wird aufgehoben. Wellenbrecher tritt auch in auf Plasmen,[2] Wenn die Partikelgeschwindigkeiten die Welle überschreiten Phasengeschwindigkeit. Eine andere Anwendung in der Plasmaphysik ist die Plasma -Expansion in ein Vakuum, bei dem der Prozess des Wellenbruchs und die anschließende Entwicklung eines schnellen Ionpeaks durch die beschrieben wird Sack-Schamel-Gleichung.

A Riff oder fleck des flachen Wassers wie a Schwarm gegen welche Wellen Break kann auch als Brecher bezeichnet werden.

Typen

Klassifizierung von Bruchwellentypen
Welle auf einem Hang in einem Labor brechen Wellenkanal (Film)
Animation zeigt, wie sich der Hang des Meeresbodens entlang der Küste auswirkt, die Wellen brechen

Das Brechen von Wasseroberflächenwellen kann überall auftreten, wo die Amplitude ausreicht, auch in der Mitte der Ozean. Es ist jedoch besonders häufig an Stränden, da Wellenhöhen im Bereich flacheres Wasser verstärkt werden (da die Gruppengeschwindigkeit dort niedriger ist). Siehe auch Wellen und flaches Wasser.

Es gibt vier grundlegende Arten von Wasserwellen. Sie verschütten, stürzen, kollabieren und steigen.[3]

Verschütten von Breakern

Wenn der Meeresboden eine allmähliche Neigung hat, wird die Welle steil sind, bis das Wappen instabil wird, was dazu führt, dass turbulentes Wildwasser das Gesicht der Welle abspritzt. Dies setzt sich an, wenn sich die Welle dem Ufer nähert und die Energie der Welle im Wildwasser langsam abgelöst wird. Aus diesem Grund brechen das Verschütten von Wellen länger als andere Wellen und erzeugen eine relativ sanfte Welle. Onshore -Windbedingungen machen Spillerer wahrscheinlicher.

Tiefende Brecher

Eine tiefe Welle tritt auf, wenn der Meeresboden steil ist oder plötzliche Tiefenwechsel aufweist, z. B. aus einem Riff oder einer Sandbank. Das Wellenkamm wird viel steiler als eine Verschüttungswelle, wird vertikal, rollt sich dann um und fällt auf den Trog der Welle, wobei der größte Teil seiner Energie sofort in einem relativ gewalttätigen Aufprall freigesetzt wird. Eine tiefe Welle bricht mit mehr Energie als einer signifikant größeren Verschüttungswelle. Die Welle kann die Luft unter der Lippe fangen und komprimieren, wodurch das mit Wellen verbundene "krachende" Schall erzeugt wird. Mit großen Wellen kann dieser Absturz von Strandbesuchern an Land zu spüren. Offshore -Windbedingungen können die Wahrscheinlichkeit wahrscheinlicher machen.

Wenn eine tiefe Welle nicht parallel zum Strand (oder zum Meeresboden) ist, wird der Abschnitt der Welle, der flaches Wasser erreicht geht weiter. Dies ist die "Röhre", die von Surfern so sehr gefragt wird (auch als "Fass", "Grube" und "das Greenroom" bezeichnet). Der Surfer versucht, in der Nähe oder unter der krachenden Lippe zu bleiben, und versucht oft, im Röhrchen so "tief" zu bleiben, während er dennoch in der Lage ist, nach vorne zu schießen und den Lauf zu verlassen, bevor er schließt. Eine tiefgreifende Welle, die parallel zum Strand ist, kann gleichzeitig ihre gesamte Länge aufbrechen und sie unridierbar und gefährlich machen. Surfer bezeichnen diese Wellen als "geschlossen".

Zusammenbruch

Kollapswellen sind eine Kreuzung zwischen Sturz und Anstieg, bei der das Wappen nie vollständig bricht, doch die untere Seite der Welle wird steiler und kollabiert, was zu Schaumstoff führt.

Wächst

Anstiegende Brecher stammen aus langer Zeit, geringen steiligen Wellen und/oder steilen Strandprofilen. Das Ergebnis ist die schnelle Bewegung der Basis der Welle nach oben die Steigung und das Verschwinden des Wellenkamms. Die vordere Gesicht und das Wellenkamm bleiben relativ glatt mit wenig Schaum oder Blasen, was zu einem sehr schmalen führt Surfzone, oder überhaupt keine Bruchwellen. Der kurze, scharfe Wellenenergieausbruch bedeutet, dass der SCHWASH/BACK -Zyklus vor der Ankunft der nächsten Welle abgeschlossen ist, was zu einem niedrigen Wert der Phasendifferenz von Kemp führt (<0,5). Steigende Wellen sind typisch für reflektierende Strandstaaten. An steileren Stränden kann die Energie der Welle vom Boden zurück in den Ozean reflektiert werden, was verursacht wird stehende Wellen.

Physik

Spilling breaker
Verschütten
Plunging breaker
Tiefende Brecher
Collapsing breaker
Zusammenbruch Breaker
Surging breaker
Suchgründer
Verschiedene Breaking-Wave-Typen, gezeichnet nach Fotos von a Laborexperiment, kann mit dem Wert der zugeordnet werden IRIBARREN -Nummer.

Während des Brechens bildet sich am Wellenkamm eine Deformation (normalerweise eine Ausbuchtung), die entweder als "Zehen" bezeichnet wird. Parasitäre Kapillarwellen werden mit kurzen Wellenlängen gebildet. Die über dem "Zehen" tendieren zu viel längeren Wellenlängen. Diese Theorie ist jedoch alles andere als perfekt, da sie linear ist. Es gab ein paar nichtlineare Bewegungstheorien (in Bezug auf Wellen). Man verwendet ein Störungsmethode Um die Beschreibung bis hin zur dritten Ordnung zu erweitern, und seitdem bessere Lösungen gefunden wurden. Was die Wellenverformung betrifft, Methoden ähnlich wie die Grenzintegralmethode und die Boussinesq -Modell wurde erstellt.

Es wurde festgestellt, dass Hochfrequenzdetails, die in einer Breaking-Welle vorhanden sind, eine Rolle bei der Verformung und Destabilisierung von Kamm spielt. Die gleiche Theorie erweitert dies und besagt, dass die Täler der Kapillarwellen eine Quelle für Wirbel. Es wurde gesagt, dass Oberflächenspannung (und Viskosität) sind signifikant für Wellen von bis zu etwa 7 cm (3 Zoll) in der Wellenlänge.[4]

Diese Modelle sind jedoch fehlerhaft, da sie nicht berücksichtigen können, was nach dem Brennen der Welle mit dem Wasser passiert. Post-Break-Wirbelformen und die durch das Bruch erzeugte Turbulenz ist größtenteils nicht erforscht. Verständlicherweise könnte es schwierig sein, vorhersehbare Ergebnisse aus dem Ozean zu erzielen.

Nachdem die Spitze der Wellenkolpe und der Strahl zusammenbricht, erzeugt sie einen sehr kohärenten und definierten horizontalen Wirbel. Die stürzenden Breaker erzeugen sekundäre Wirbel im Gesicht der Welle. Kleine horizontale zufällige Wirbel, die sich an den Seiten der Welle bilden, deuten darauf hin, dass die Geschwindigkeit des Wassers möglicherweise vor dem Brechen mehr oder weniger zweidimensional ist. Dies wird dreidimensional beim Brechen.

Der Hauptwirbel entlang der Vorderseite der Welle diffundiert nach dem Brechen schnell in das Innere der Welle, da die Wirbel auf der Oberfläche viskoser werden. Advektion und Molekulare Diffusion eine Rolle in ... spielen Dehnung des Wirbels und umverteilt die Wirbelheit sowie die Formationsturbulenzkaskaden. Die Energie der großen Wirbel wird nach dieser Methode auf viel kleinere isotrope Wirbel übertragen.

Es wurden Experimente durchgeführt, um die Entwicklung der Turbulenz nach der Pause sowohl in tiefem Wasser als auch am Strand abzuleiten.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Agu - American Geophysical Union". Agu.
  2. ^ https://crppwww.epfl.ch/~duval/p5_009.pdf[Bare URL PDF]
  3. ^ Sarpkaya, Turgut; Isaacson, Michael (1981). Mechanik der Wellenkräfte auf Offshore -Strukturen. Van Nostrand Reinhold. p. 277. ISBN 978-0-442-25402-5.
  4. ^ Lighthill, M. J. (1978). Wellen in Flüssigkeiten. Cambridge University Press. S. 223–225 & 232–235. ISBN 0-521-29233-6. OCLC 2966533.

Externe Links