Τι προκαλεί κυματισμούς στο νερό;
Οι κυματισμοί στο νερό είναι πιο επίσημα γνωστοί ως τριχοειδή κύματα και προκαλούνται από τη λεπτή αλληλεπίδραση του ανέμου και του νερού ή τη φυσική αλληλεπίδραση του νερού με ένα άλλο αντικείμενο.
Έχετε σταθεί ποτέ στην άκρη μιας λίμνης μια ζεστή καλοκαιρινή μέρα και να κοιτάξετε έξω από το νερό; Ακόμα κι αν δεν ακούγεται ένας ψίθυρος αέρα στο πρόσωπό σας, πιθανότατα θα εξακολουθείτε να βλέπετε αμυδρές γραμμές και ανωμαλίες στο νερό. Το φως θα αντανακλάται από την κίνηση στην επιφάνεια και θα φαίνονται μικροί κυματισμοί σε μπαλώματα, που μερικές φορές φαίνεται να κινούνται προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Φανταστείτε να σηκώνετε μια πέτρα και να την ρίχνετε στη λίμνη, όπου προσγειώνεται με ένα ικανοποιητικό παφλασμό και θα εμφανιστεί ένας διαστελλόμενος δακτύλιος από κυματισμούς.
Πώς δημιουργούνται αυτά; (Φωτογραφία:YJ.K/Shutterstock)
Αυτά τα μοτίβα και τα σχήματα που βλέπουμε ή δημιουργούμε σε υδάτινα σώματα αναφέρονται συνήθως ως κυματισμοί, αλλά γιατί σχηματίζονται και τι επηρεάζει το πόσο διαρκούν;
Τι είναι το Ripple;
Ακόμη και μια μέρα που δεν αισθάνεστε αέρα, θα υπάρχει πάντα κάποια κίνηση στον αέρα και στην επιφάνεια ενός υδάτινου σώματος, αυτή η κίνηση προκαλεί σχηματισμό μικρών κυματισμών. Η αιολική ενέργεια μεταφέρεται στα μικροσκοπικά μόρια του νερού, τα οποία αρχίζουν να κινούνται πάνω-κάτω, ανεβοκατεβαίνοντας απαλά, τραβώντας μαζί με τα μόρια δίπλα τους. Ωστόσο, η επιφανειακή τάση του νερού είναι αρκετά ισχυρή, λόγω της πολικής φύσης των μορίων του νερού, και αυτή η τάση θα σταματήσει τους κυματισμούς να διαιωνίζονται πολύ μακριά ή για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Η ενέργεια που μεταφέρεται στο νερό χρησιμοποιείται γρήγορα για τη μετακίνηση αυτών των μορίων πάνω-κάτω, έτσι οι κυματισμοί εξασθενούν. Αυτό είναι που δίνει στους κυματισμούς σε μια λίμνη την παροδική, αστραφτερή εμφάνισή τους, καθώς ανυψώνονται για λίγο και πιάνουν το φως προτού εγκατασταθούν ξανά σε ακινησία.
Όταν ρίχνετε ένα βράχο σε ένα σώμα νερού, ο βράχος θα σπρώξει το νερό από το δρόμο του καθώς εισέρχεται, προκαλώντας κυματισμούς να απομακρύνονται από το σημείο εισόδου του σε σχήμα κύκλου ή δακτυλίου. Στη συνέχεια, το νερό θα ξαναβρεθεί για να γεμίσει τον κενό χώρο, που συχνά μπορεί να προκαλέσει πιτσίλισμα, με αποτέλεσμα να σχηματιστούν περισσότεροι κυματισμοί. Μπορείτε να το δοκιμάσετε μόνοι σας ρίχνοντας ένα μάρμαρο κατευθείαν κάτω σε ένα μπολ με νερό. Παρακολουθήστε την προκύπτουσα βουτιά να ανεβαίνει ευθεία προς τα επάνω και μετά να πέφτει ξανά μέσα, στέλνοντας ένα δεύτερο δαχτυλίδι κυματισμών. Όσο μεγαλύτερος είναι ο βράχος, τόσο μεγαλύτερο είναι το αποτέλεσμα και τόσο πιο δυνατός ο κυματισμός, που σημαίνει ότι θα διαρκέσει περισσότερο πριν εξαφανιστεί. Ο λόγος που αυτοί οι κυματισμοί δεν συμπεριφέρονται σαν κύματα σε μια παραλία είναι επειδή δεν είναι αρκετά ισχυροί. Δεν έχουν την ενέργεια να επιμείνουν μπροστά στην ισχυρή επιφανειακή τάση του νερού.
Αυτοί οι τύποι κυματισμών μπορεί επίσης να σχηματιστούν όταν το νερό κινείται προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση και συναντήσει ένα εμπόδιο, όπως μια βάρκα για ψάρεμα, μια διακοπή ή ακόμα και τα πόδια σας καθώς κρέμονται από μια αποβάθρα! Τα μόρια του νερού θα συναντήσουν ένα αντικείμενο και θα κινηθούν προς τα πάνω εναντίον του, πριν τραβηχτούν πίσω από τα γειτονικά μόρια. Αυτή η αλληλεπίδραση προκαλεί το σχηματισμό ενός κυματισμού που κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την αρχική κίνηση του νερού.
Τώρα, ενώ ο κυματισμός είναι ένας τύπος κυματικής κίνησης - ένα τριχοειδές κύμα, για την ακρίβεια - όταν μιλάμε για υδάτινα σώματα, υπάρχει σαφής διαφορά μεταξύ κυματισμού και κύματος.
Ripples vs Waves vs Swells
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένας κυματισμός είναι ένα παροδικό, βραχύβιο φαινόμενο που εξαφανίζεται γρήγορα μόλις εξαντληθεί η ενέργεια εισόδου του. Ωστόσο, εάν ο άνεμος κινείται συνεχώς πάνω από ένα σώμα νερού, δημιουργώντας μια σταθερή ροή κυματισμών, μπορεί να αρχίσουν να συγκεντρώνουν περισσότερη ενέργεια και θα μετατραπούν σε κύματα, όπως αυτά που μπορεί να δείτε να συντρίβονται σε μια παραλία. Ενώ οι κυματισμοί δεν είναι σε θέση να ξεπεράσουν τη δύναμη της επιφανειακής τάσης, τα κύματα μπορούν να δημιουργήσουν αρκετή ενέργεια για να το κάνουν εάν ο άνεμος φυσά σταθερά πάνω από ένα αρκετά μεγάλο κομμάτι νερού. Τέτοια κύματα θα ρέουν πάντα στην ίδια κατεύθυνση με τον άνεμο και θα αλλάζουν κατεύθυνση αν αλλάξει ο άνεμος.
Όταν τα κύματα κινούνται σε πιο ρηχά νερά, το κάτω μέρος του κύματος θα μειωθεί σε ταχύτητα και το πάνω μέρος του κύματος θα το προσπεράσει, προκαλώντας το σπάσιμο του κύματος. Αυτό μπορεί επίσης να παρατηρηθεί στον ανοιχτό ωκεανό, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας ή όταν οι θάλασσες είναι ασταθείς, δηλαδή όταν αλληλεπιδρούν διαφορετικά καιρικά συστήματα ή όταν ο άνεμος αλλάζει γρήγορα κατεύθυνση.
Εάν ο άνεμος είναι επίμονος και δυνατός, μπορεί να αρχίσει να δημιουργεί τον πιο επίμονο τύπο κίνησης—ένα πρήξιμο . Ενώ τα κύματα κινούνται πάντα προς την ίδια κατεύθυνση με τον άνεμο, σχηματίζεται μια διόγκωση όταν αυτά τα κύματα απομακρύνονται από την περιοχή που δημιουργήθηκαν αρχικά. Το νερό ενός φουσκώματος έχει συγκεντρώσει αρκετή ενέργεια και ορμή που μπορεί πραγματικά να κινηθεί ενάντια στον άνεμο, μερικές φορές διανύοντας τεράστιες αποστάσεις, σε ολόκληρους ωκεανούς, χωρίς να χάσει την ενέργειά του. Μια διόγκωση είναι συνήθως δύσκολο να δει κανείς στον ορίζοντα, καθώς είναι συχνά μεγαλύτερη, πιο ομοιόμορφη και πιο αργή από τα κανονικά κύματα. Επίσης, η απόσταση μεταξύ των κοιλοτήτων και των κορυφών μιας διόγκωσης είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερη από αυτή την απόσταση στα κύματα που σχηματίζονται από τον άνεμο.
Μια τελευταία λέξη
Σαφώς, το νερό μπορεί να αποθηκεύσει και να αξιοποιήσει πολλή αιολική ενέργεια κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, αλλά οι κυματισμοί είναι απλώς πολύ παροδικοί, πολύ μικροί και έχουν πολύ λίγη ενέργεια για να διατηρηθούν και να ταξιδέψουν για μεγάλες αποστάσεις. Ωστόσο, εάν αποκτήσετε έναν αρκετά μεγάλο βράχο και τον ρίξετε από αρκετά ψηλό ύψος, ίσως μπορέσετε να δημιουργήσετε έναν κυματισμό που ταξιδεύει από τη μέση της λίμνης μέχρι την ακτογραμμή!
