امواج داخلی (Internal Waves)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
امواج داخلی (Internal Waves) :
امواج داخلی (Internal Waves) امواج گرانی ای هستند که درون یک سیال لایه بندی شده (به دلیل تغییر چگالی با عمق) و در امتداد سطوح با چگالی ثابت (ایزوپایکنال) منتشر می شوند. این امواج برخلاف امواج سطحی که در سطح مشترک هوا-آب دیده می شوند، درون توده سیال و در مرز بین لایه های با چگالی متفاوت شکل می گیرند. در اقیانوس، لایه های بالایی آب گرم تر و سبک تر و لایه های پایینی سردتر و سنگین تر هستند. در مرز بین این لایه ها (به ویژه در ناحیه ترموکلاین)، امواج داخلی می توانند ایجاد شوند. این امواج معمولا دامنه بسیار بزرگ تری نسبت به امواج سطحی دارند (گاهی ده ها متر) و نقش مهمی در انتقال انرژی، اختلاط لایه های آب و انتقال مواد مغذی از اعماق به سطوح بالایی ایفا می کنند.
مکانیسم تشکیل: امواج داخلی زمانی تشکیل می شوند که یک نیروی اغتشاشی (مانند جریان کشندی بر روی بستر ناهموار، عبور یک جبهه جوی، یا حرکت یک کشتی) لایه های سیال را از حالت تعادل خارج کند. نیروی شناوری (گرانش) سعی می کند لایه جابجا شده را به حالت تعادل بازگرداند، اما این بازگشت با نوسان همراه است و موج ایجاد می کند. فرکانس این نوسان، فرکانس شناوری (Brunt-Väisälä) نامیده می شود که به گرادیان چگالی بستگی دارد:
\[ N = \sqrt{-\frac{g}{\rho}\frac{d\rho}{dz}} \]امواج داخلی می توانند با فرکانس های کمتر از
\[ N \]منتشر شوند. هرچه لایه بندی قوی تر باشد (تغییر چگالی شدیدتر)،
\[ N \]بزرگتر و محدوده فرکانس های مجاز برای امواج داخلی وسیع تر است.
ویژگی های منحصربه فرد: برخلاف امواج سطحی که بیشترین دامنه را در سطح دارند، امواج داخلی بیشترین دامنه را در عمق و درون سیال دارند. حرکت ذرات در امواج داخلی عمدتا افقی است و جابجایی قائم نسبتا کم است. امواج داخلی می توانند در فواصل بسیار طولانی (صدها کیلومتر) بدون افت انرژی قابل توجه منتشر شوند. آنها همچنین می توانند با امواج سطحی برهم کنش داشته باشند و باعث ایجاد الگوهای سطحی قابل مشاهده از ماهواره شوند (مانند نوارهای متناوب آرام و مواج روی سطح دریا).
نقش در اقیانوس شناسی: امواج داخلی یکی از عوامل اصلی اختلاط عمودی در اقیانوس هستند. آنها با ایجاد تلاطم و شکستن در شیب ها و برآمدگی های کف دریا، باعث اختلاط لایه های گرم سطحی با لایه های سرد عمقی می شوند. این اختلاط برای انتقال حرارت، اکسیژن و مواد مغذی به اعماق اقیانوس ضروری است. همچنین امواج داخلی در شکل دهی به ساختار لایه های اقیانوسی و تأثیر بر روی جریان های اقیانوسی نقش دارند. آنها می توانند بر روی انتشار صوت در زیر آب (که برای سونار مهم است) تأثیر بگذارند.
امواج داخلی در جو: جو زمین نیز لایه بندی شده است و امواج داخلی جوی (که اغلب امواج گرانی جوی نامیده می شوند) در آن وجود دارند. این امواج توسط جریان هوا بر فراز کوهستان، جبهه های هوا، و طوفان ها ایجاد می شوند. امواج داخلی جوی می توانند تا لایه های بالایی جو (مزوسفر) صعود کنند و بر روی دما و باد تأثیر بگذارند. آنها همچنین باعث تشکیل ابرهای Lenticular (عدسی شکل) در مناطق کوهستانی می شوند و در ایجاد تلاطم هوای صاف (Clear Air Turbulence) که برای هواپیماها خطرناک است، نقش دارند.
تشخیص و مطالعه: دیدن امواج داخلی از سطح معمولا ممکن نیست، اما اثرات آنها را می توان روی تغییرات دمایی آب (با استفاده از بویه های دماسنج)، تصاویر ماهواره ای (به دلیل تأثیر بر زبری سطح)، و داده های رادار دریایی مشاهده کرد. همچنین با استفاده از پروفایلرهای صوتی (ADCP) می توان جریان های ناشی از امواج داخلی را اندازه گیری کرد. مدل های عددی پیچیده ای برای شبیه سازی تولید و انتشار این امواج و مطالعه نقش آنها در دینامیک اقیانوس و جو توسعه یافته اند.
