امواج روی سطح آب (Surface Water Waves)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
امواج روی سطح آب (Surface Water Waves) :
امواج روی سطح آب از آشناترین پدیده های طبیعی هستند. وقتی سنگی را در حوضچه آب آرام می اندازیم، امواج دایره ای شکلی روی سطح آب ایجاد می شود که به سمت بیرون منتشر می شوند. این امواج در نگاه اول ساده به نظر می رسند، اما حرکت واقعی ذرات آب در آنها پیچیده و ترکیبی از حرکات عرضی و طولی است. ذرات آب در یک مدار تقریبا دایره ای یا بیضوی حرکت می کنند. در قسمت قائم این حرکت، رفتاری شبیه موج عرضی (بالا و پایین رفتن) دیده می شود. در قسمت افقی آن، ذرات کمی به جلو و عقب نیز حرکت می کنند که شبیه موج طولی است.
به همین دلیل، امواج سطح آب را اغلب در دسته جداگانه ای به نام امواج سطحی قرار می دهند. این امواج در مرز بین دو محیط (آب و هوا) تشکیل می شوند و نیروی بازگرداننده اصلی در آنها گرانش است. برای موج های با طول موج بلند (بیشتر از چند سانتی متر)، گرانش عامل اصلی بازگرداننده است. برای موج های بسیار ریز (موج های مویینگی)، کشش سطحی نقش اصلی را ایفا می کند.
نظریه ریاضی امواب سطح آب توسط دانشمندانی مانند ایری، استوکس و دیگران توسعه یافته است. در آب های عمیق (جایی که عمق آب بیشتر از نصف طول موج است)، سرعت موج به عمق آب بستگی ندارد و از رابطه زیر به دست می آید:
\[ v = \sqrt{\frac{g \lambda}{2\pi}} \]که در آن
\[ g \]شتاب گرانش و
\[ \lambda \]طول موج است. این رابطه نشان می دهد که موج های با طول موج بلندتر، سریع تر حرکت می کنند. در آب های کم عمق (جایی که عمق آب بسیار کمتر از طول موج است)، سرعت به عمق آب بستگی دارد:
\[ v = \sqrt{g h} \]که
\[ h \]عمق آب است. این تغییر سرعت با عمق باعث پدیده هایی مانند شکست امواج و تغییر جهت آنها در نزدیکی ساحل می شود.
هنگامی که موج به آب های کم عمق نزدیک ساحل می رسد، سرعت آن کاهش یافته، طول موج کوتاه تر و دامنه آن افزایش می یابد. قسمت پایینی موج به دلیل تماس با کف دریا کندتر از قسمت بالایی حرکت می کند. در نتیجه، قله موج از پایه خود پیشی گرفته و به جلو می ریزد و موج می شکند. این پدیده باعث آزاد شدن انرژی موج و ایجاد تلاطم شدید می شود. شکل شکستن موج به شیب کف دریا و مشخصات موج بستگی دارد.
انرژی حمل شده توسط امواج سطح آب قابل توجه است و از آن می توان به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر (انرژی موج) استفاده کرد. همچنین این امواج نقش حیاتی در فرسایش خط ساحلی، حمل رسوبات و شکل دهی به سواحل دارند. در اقیانوس شناسی، مطالعه امواج برای پیش بینی وضعیت دریا، طراحی سازه های دریایی و ناوبری ضروری است.
امواج سطح آب همچنین می توانند با یکدیگر تداخل کرده و الگوهای پیچیده ای ایجاد کنند. برای مثال، برخورد دو دسته موج از جهات مختلف می تواند امواج ایستاده یا الگوهای تداخلی ایجاد کند. این پدیده ها در آزمایشگاه با استفاده از تشتک موج به راحتی قابل مشاهده است. مطالعه امواج سطح آب نه تنها برای فیزیک دانان، بلکه برای مهندسان عمران، اقیانوس شناسان و علاقه مندان به محیط زیست اهمیت دارد.
