موجة متكسرة
في ديناميكا الموائع والمصطلحات البحرية ، تُعرف الموجة المتكسرة أو الموجة المكسورة بأنها موجة تمتلك طاقة كافية " للانكسار " عند ذروتها، لتصل إلى مستوى حرج تتحول عنده الطاقة الخطية إلى طاقة اضطراب الموجة بمنحنى أمامي واضح. عند هذه النقطة، غالبًا ما تصبح النماذج الفيزيائية البسيطة التي تصف ديناميكا الموجات غير صالحة، لا سيما تلك التي تفترض سلوكًا خطيًا.
أكثر أنواع تكسر الأمواج شيوعًا هو تكسر أمواج سطح الماء على السواحل. يحدث تكسر الأمواج عادةً عندما يصل ارتفاعها إلى النقطة التي ينقلب عندها قمتها. وقد أُطلق مصطلح "تكسر الأمواج" أيضًا على بعض الظواهر الأخرى في ديناميكا الموائع، وذلك جزئيًا قياسًا على أمواج سطح الماء. في علم الأرصاد الجوية ، يُقال إن أمواج الجاذبية الجوية تتكسر عندما تُنتج مناطق تنخفض فيها درجة الحرارة الكامنة مع الارتفاع، مما يؤدي إلى تبديد الطاقة من خلال عدم استقرار الحمل الحراري ؛ وبالمثل، يُقال إن أمواج روسبي تتكسر [ 1 ] عندما ينقلب تدرج الدوامة الكامنة . يحدث تكسر الأمواج أيضًا في البلازما [ 2 ] عندما تتجاوز سرعات الجسيمات سرعة طور الموجة . ومن التطبيقات الأخرى في فيزياء البلازما تمدد البلازما في الفراغ ، حيث تُوصف عملية تكسر الأمواج وما يتبعها من ظهور ذروة أيونية سريعة بمعادلة ساك-شاميل.
قد يُعرف الحاجز المرجاني أو بقعة المياه الضحلة مثل الشاطئ الضحل الذي تتكسر عليه الأمواج أيضًا باسم " المُكسِّر ".
الأنواع
قد يحدث تكسر أمواج سطح الماء في أي مكان تكون فيه السعة كافية، بما في ذلك وسط المحيط. ومع ذلك، فهو شائع بشكل خاص على الشواطئ، لأن ارتفاع الأمواج يتضخم في منطقة المياه الضحلة نظرًا لانخفاض سرعة المجموعة هناك.
هناك أربعة أنواع أساسية من الأمواج المتكسرة. وهي الأمواج المتدفقة، والأمواج الغاطسة، والأمواج المنهارة، والأمواج المتصاعدة. [ 3 ]
حواجز انسكابة
عندما يكون قاع المحيط منحدرًا تدريجيًا، يزداد انحدار الموجة حتى تصبح قمتها غير مستقرة، مما يؤدي إلى تدفق مياه بيضاء مضطربة على سطحها. يستمر هذا التدفق مع اقتراب الموجة من الشاطئ، حيث تتبدد طاقة الموجة ببطء في المياه البيضاء. ولهذا السبب، تتكسر الأمواج المتدفقة لفترة أطول من الأمواج الأخرى، مما يخلق موجة هادئة نسبيًا. وتزيد ظروف الرياح القادمة من الشاطئ من احتمالية حدوث هذه الأمواج.
كسارات غاطسة
تحدث الموجة الغاطسة عندما يكون قاع المحيط شديد الانحدار أو يشهد تغيرات مفاجئة في العمق، كما هو الحال عند الاصطدام بشعاب مرجانية أو حاجز رملي. يصبح قمة الموجة أكثر انحدارًا بكثير من الموجة المتدفقة، ثم تصبح عمودية، ثم تنحني وتهبط على قاع الموجة، مطلقةً معظم طاقتها دفعة واحدة في اصطدام عنيف نسبيًا. تنكسر الموجة الغاطسة بطاقة أكبر من الموجة المتدفقة الأكبر حجمًا. يمكن للموجة أن تحبس الهواء وتضغطه تحت قمتها، مما يُحدث صوت "التحطم" المصاحب للأمواج. مع الأمواج الكبيرة، يمكن أن يشعر رواد الشواطئ على اليابسة بهذا التحطم. كما أن ظروف الرياح البحرية قد تزيد من احتمالية حدوث الموجات الغاطسة.
إذا لم تكن الموجة الهابطة موازية للشاطئ (أو قاع المحيط)، فإن الجزء الذي يصل إلى المياه الضحلة سينكسر أولاً، ثم يتحرك الجزء المنكسر (أو المنحنى) جانبيًا عبر سطح الموجة مع استمرارها. هذا هو "الأنبوب" الذي يسعى إليه راكبو الأمواج بشدة (ويُسمى أيضًا "البرميل" أو "الحفرة" أو "الغرفة الخضراء"، وغيرها من المصطلحات). يحاول راكب الأمواج البقاء بالقرب من حافة الموجة المتكسرة أو أسفلها، وغالبًا ما يحاول البقاء في أعمق نقطة ممكنة داخل الأنبوب مع القدرة على الانطلاق للأمام والخروج منه قبل أن ينغلق. أما الموجة الهابطة الموازية للشاطئ، فقد تنكسر على طولها بالكامل دفعة واحدة، مما يجعلها غير قابلة للركوب وخطيرة. ويُطلق راكبو الأمواج على هذه الأمواج اسم "المغلقة".
الانهيار
الأمواج المنهارة هي مزيج بين الأمواج الغاطسة والأمواج المتدفقة، حيث لا تنكسر القمة بالكامل، ومع ذلك يصبح الجانب السفلي للموجة أكثر انحدارًا وينهار، مما يؤدي إلى ظهور الرغوة.
ارتفاع
تنشأ الأمواج المتكسرة المتصاعدة من أمواج طويلة المدى ومنخفضة الانحدار، أو من شواطئ شديدة الانحدار. وتتمثل النتيجة في حركة سريعة لقاعدة الموجة صعودًا على منحدر الموجة، واختفاء قمتها. ويبقى سطح الموجة الأمامي وقمتها أملسين نسبيًا مع قليل من الرغوة أو الفقاعات، مما ينتج عنه منطقة تكسر ضيقة جدًا ، أو انعدام الأمواج المتكسرة تمامًا. وتعني الدفعة القصيرة والحادة لطاقة الموجة أن دورة ارتداد الموجة تكتمل قبل وصول الموجة التالية، مما يؤدي إلى انخفاض قيمة فرق طور كيمب (< 0.5). وتُعد الأمواج المتكسرة المتصاعدة سمة مميزة للشواطئ العاكسة. أما على الشواطئ الأكثر انحدارًا، فيمكن أن تنعكس طاقة الموجة من القاع عائدةً إلى المحيط، مما يُسبب أمواجًا ثابتة .
الفيزياء
عندما تدخل أمواج سطح المحيط المياه الضحلة، تبدأ سرعات جزيئات الماء بالتسارع مقارنةً بسرعة الموجة. ونتيجةً لذلك، تصبح الموجة غير مستقرة، وينقلب قمتها، وهي عملية تُعرف بانكسار الموجة. [ 4 ] أثناء الانكسار، يتشكل تشوه (عادةً ما يكون انتفاخًا) عند قمة الموجة، ويُعرف كل جانب من جوانبه الأمامية باسم "طرف الموجة". تتشكل موجات شعرية طفيلية ذات أطوال موجية قصيرة. أما الموجات التي تعلو "طرف الموجة" فتميل إلى امتلاك أطوال موجية أطول بكثير. مع ذلك، فإن هذه النظرية ليست مثالية، لأنها خطية. وقد ظهرت نظريتان غير خطيتين لحركة الأمواج. إحداهما تستخدم طريقة الاضطراب لتوسيع الوصف حتى الرتبة الثالثة، وقد تم التوصل إلى حلول أفضل منذ ذلك الحين. أما بالنسبة لتشوه الموجة، فقد تم ابتكار طرق مشابهة لطريقة التكامل الحدودي ونموذج بوسينسك .
لقد وُجد أن التفاصيل عالية التردد الموجودة في الموجة المتكسرة تلعب دورًا في تشوه القمة وعدم استقرارها. وتتوسع النظرية نفسها في هذا الأمر، مشيرةً إلى أن قيعان الموجات الشعرية تُشكل مصدرًا للدوامية . ويُقال إن التوتر السطحي ( واللزوجة ) مهمان للموجات التي يصل طولها الموجي إلى حوالي 7 سم (3 بوصات) . [ 5 ]
إلا أن هذه النماذج تعاني من قصور، إذ لا تأخذ في الحسبان ما يحدث للماء بعد انكسار الموجة. فالدوامات التي تتشكل بعد الانكسار والاضطراب الناتج عنه لا يزالان غير مدروسين بشكل كافٍ. ومن الطبيعي أن يكون من الصعب استخلاص نتائج قابلة للتنبؤ من المحيط.
بعد انقلاب قمة الموجة وانهيار التيار، تتشكل دوامة أفقية متماسكة وواضحة المعالم . وتُحدث الأمواج المتكسرة دوامات ثانوية على سطح الموجة. وتشير الدوامات الأفقية العشوائية الصغيرة التي تتشكل على جانبي الموجة إلى أن سرعة الماء، قبل التكسر، ربما تكون ثنائية الأبعاد تقريبًا، ثم تصبح ثلاثية الأبعاد عند التكسر.
تنتشر الدوامة الرئيسية على طول مقدمة الموجة بسرعة إلى داخلها بعد انكسارها، حيث تزداد لزوجة الدوامات على السطح. ويلعب الحمل الحراري والانتشار الجزيئي دورًا في تمديد الدوامة وإعادة توزيع الدوامية، فضلًا عن تكوين شلالات الاضطراب. وبهذه الطريقة، تُنقل طاقة الدوامات الكبيرة إلى دوامات متجانسة أصغر بكثير.
أُجريت تجارب لاستنتاج تطور الاضطراب بعد الانكسار، سواء في المياه العميقة أو على الشاطئ.
يُعطى حد نظري لانحدار الأمواج غير المتكسرة في عمق محدود بواسطة معيار ميش ، الذي اشتقه المهندس الفرنسي روبرت ميش في عام 1944. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
انظر أيضاً
- رقم إيريبارين – معامل لا بُعدي
- اضطراب الموجات – مجموعة من الموجات غير الخطية التي انحرفت بعيدًا عن التوازن الحراري
مراجع
- ^ “AGU – الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي” . جامعة الخليج العربي .
- ↑ أرخيبينكو، في آي؛ غوساكوف، إي زد؛ بيساريف، في إيه؛ سيمونتشيك، إل في (يونيو 2002). ديناميكيات ظاهرة انكسار موجات البلازما (ملف PDF) . المؤتمر التاسع والعشرون للجمعية الفيزيائية الأوروبية حول فيزياء البلازما والاندماج النووي المتحكم فيه. مونترو، سويسرا. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 28 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 نوفمبر 2022 .
- ↑ ساربكايا، تورغوت؛ إسحاقسون، مايكل (1981). ميكانيكا قوى الأمواج على المنشآت البحرية . فان نوستراند رينهولد. ص 277. ISBN 978-0-442-25402-5.
- ↑ تشيس، جوناثان (مارس 2025). "تحديد الخصائص الإحصائية للأمواج المتكسرة في بيئة شعاب مرجانية مثالية: تجربة ومحاكاة XBeach غير هيدروستاتيكية". المجلة الدولية لهندسة المحيطات والسواحل . 6 (1n04). doi : 10.1142/S2529807025500010 .
- ↑ لايت هيل، إم جيه (1978). الموجات في السوائل . مطبعة جامعة كامبريدج . الصفحات 223-225 و232-235. ISBN 0-521-29233-6. OCLC 2966533 .
- ↑ Miche، M. (1944)، "Mouvements ondulatoires de la mer en profondeur Constante ou décroissante. Forme Limite de la houle lors de son déferlement. تطبيق aux digues Marines." [ حركة أمواج البحر في العمق الثابت أو المتناقص: يحد شكل الموج عند الانكسار. تطبيق على الهياكل البحرية. ] ، Annales des Ponts et Chaussées (بالفرنسية)، 114 ( 1): 25-78
- ↑ هولثويسن، إل إتش (2007)، الأمواج في المياه المحيطية والساحلية ، مطبعة جامعة كامبريدج، ص 242، رقم ISBN 978-1139462525
- ↑ جودا، ي. (2010)، البحار العشوائية وتصميم المنشآت البحرية ( الطبعة الثالثة)، وورلد ساينتيفيك، ص 213، ISBN 978-9814282406
روابط خارجية
- أمواج الماء