Sóng biển

Sóng biển

Sóng biển là hiện tượng diễn ra ở lớp nước gần mặt biển. Sóng thường hình thành do gió và những hiệu ứng địa chất, và có thể di chuyển hàng nghìn kilomet trước khi đến đất liền. Kích cỡ sóng biến đổi từ những gợn sóng lăn tăn đến những cơn sóng thần cực lớn. Ngoài dao động thẳng đứng, các hạt nước trong sóng biển có một chút chuyển động theo phương ngang.

Sự hình thành của sóng:

Nguyên nhân chủ yếu cho sự hình thành của sóng là gió, có 3 yếu tố của gió ảnh hưởng đến sóng:
- Tốc độ gió
- Độ dài mặt mà trong đó nước chịu ảnh hưởng của gió
- Thời gian nước bị gió thổi
Tất cả những yếu tố trên góp phần tạo nên sóng với kích thước và hình dạng khác nhau. Giá trị của từng yếu tố càng lớn đều làm cho sóng lớn hơn.
Sóng được đo bởi:
- Độ cao (từ đỉnh đến chỗ lõm)
- Bước sóng (khoảng cách giữa các đỉnh)
- Chu kì sóng (khoảng thời gian giữa các ngọn sóng liên tiếp ở một điểm cố định)

Các dạng của sóng:
Sóng có nhiều dạng:
- Sóng mao dẫn:
Thường thấy trên mặt nước phẳng lặng bị sao động bởi hòn đá, chiếc lá,... Sóng này biến mất nhanh chóng khi tác nhân gây ra sóng ngừng hoạt động. Sóng này có bước sóng quá nhỏ nên có thể mô tả tốt nếu chỉ bằng hiệu ứng sức căng mặt ngoài. Ngoài ra khi 2 ngọn sóng loại này đâm vào nhau thì hiện tượng tuân theo nguyên lí chồng chập sóng, tức là các ngọn sóng không ảnh hưởng gì đến nhau, ở vị trí chồng chập xảy ra giao thoa. Bước sóng của sóng này vào cỡ

Trong đó γ là suất căng mặt ngoài, ρ là khối lượng riêng. Với nước λ_c = 1,7cm.
- Sóng biển
Dạng sóng này có kích thước lớn hơn, hình thành dưới tác dụng kéo dài của gió. Và tồn tại khá lâu sau khi gió kết thúc. Lực khôi phục sóng này là lực hấp dẫn.
Ta thường nhiền thấy sóng biển vỡ tan thành bọt khi vào bờ. Đó là khi chân sóng không thể đỡ được ngọn sóng. Hiện tượng này xảy ra mỗi khi sóng đi vào vòng nước nông hơn, hoặc khi 2 ngọn sóng đâm vào nhau (đây là điểm khác nhau giữa sóng biển và sóng mao dẫn).

Khoa học về sóng biển
Sóng biển là sóng cơ học lan truyền giữa mặt phân cách của nước và không khí, lực khôi phục của dao động này là lực hấp dẫn. Khi gió thổi, áp suất và ma sát làm xáo động bề mặt. Trong trường hợp sóng biển, các hạt ở gần mặt nước chuyển động theo một đường tròn, do đó sóng này là sự kết hợp của sóng dọc và sóng ngang. Khi sóng lan truyền trong vùng nước nông (độ sâu nhỏ hơn nửa bước sóng), quỹ đạo của các hạt nước bị nén thành dạng elip . Khi biên độ sóng tăng lên, quỹ đạo của hạt nước không còn là đường kín nữa mà sau mỗi chu kì chúng bị dịch về phía trước một ít, hiện tượng này gọi là dịch chuyển Stokes.

Đường kính quỹ đạo các hạt giảm khi độ sâu ngày càng tăng và ở độ sau cỡ nửa bước sóng, quỹ đạo này co lại gần như một điểm. Vận tốc sóng được xấp xỉ tốt bằng phương trình:

c: vận tốc pha

λ: bước sóng

d: độ sâu

Ở nơi nước sâu d>> (1/2)λ, c xấy xỉ . Điều này cho thấy vận tốc pha của sóng phụ thuộc vào bước sóng. Khi sóng đi vào vùng nước nông, do ma sát, phần nước cang thấp di chuyển càng chậm dẫn tới các lớp nước lướt trên nhau, sóng bị vỡ, với những con sóng lớn ta có thể thấy sóng đổ xuống rất đẹp (niềm đam mê của những người yêu lướt sóng).

Ngoài những sóng thông thường trên, sóng thần là một con quái vật của tự nhiên, nó có thể cao đến 30 m. Sóng thần hình thành do động đất, những vụ nổ trong lòng đại dương hoặc một vụ va chạm với thiên thạch,...