Oppervlaktegolven

Uit EurosWiki
Ga naar: navigatie, zoeken

Oppervlaktegolven zijn golven zoals deze voorkomen op het wateroppervlak. Het karakter van golven op een wateroppervlak hangt af van de verhouding tussen de golflengte <math>\lambda</math> en de waterdiepte h. De golflengte is de afstand tussen (bijvoorbeeld) twee opeenvolgende golftoppen. De onderstaande uitleg gaat er vanuit dat golven als een lineair verschijnsel beschreven kunnen worden. Dit is een redelijke aanname, mits de golfhoogte klein is in verhouding tot de golflengte.

Ondiep water golven

Wanneer de waterdiepte veel kleiner is dan de golflengte, zijn het ondiep water golven, en gaan ze met een snelheid <math>c=\sqrt{gh}</math> waarbij <math>g=9.81~ms^{-2}</math> de zwaartekrachtsversnelling is, en h de waterdiepte. Dit is het geval bij getijgolven, en golven die op het strand of een zandplaat lopen. Ondiep water golven worden beschreven door de ondiep water vergelijkingen, ook bekend als Saint Venant vergelijkingen.

brekers

De snelheid van ondiep water golven neemt toe met de waterdiepte. Onder de top van de golf is de waterdiepte groter dan onder het golfdal. De golftop gaat dus sneller dan het golfdal. Het gevolg is dat de voorkant van de golf steeds steiler wordt, totdat de top het dal heeft ingehaald. Het inhalen van het dal door de top heet "breken". De top zal dan meestal letterlijk over het dal heen vallen en voor het golfdal op het wateroppervlak vallen. Wat er precies gebeurt hangt af van hoe steil de bodem oploopt. Gaat dit heel geleidelijk, dan zal het golffront een bijna verticale muur van water zijn, met daarachter een hoger waterniveau dan ervoor.

Een gebroken golf wordt normaal gesproken een "breker" genoemd. Wanneer hoogwater laagwater heeft ingehaald, heet de golf een "bore". Bores komen voor op sommige rivieren. De bekendste bore is die op de Severn, maar de bekendste rivier met een bore is natuurlijk de Amazone. Op nederlandse rivieren komt geen bore voor, doordat die een heel lang stuk rivier nodig heeft om te vormen, en een grote amplitude van het getij. De bore op de severn ontstaat bijna 100 km landinwaarts. Een stilstaande gebroken golf heet een "hydraulische sprong". Dit komt heel vaak voor (bij spuisluizen, in de gootsteen wanneer de kraan open staat, etc.), maar niet op plekken waar dat voor het varen relevant is. De brekers aan het strand heten samen branding.

Brekers komen vooral in de zeegaten voor bij eb tegen de wind in. Dit komt doordat in het zeegat de golven langzamer gaan doordat ze stroom tegen hebben. Hierdoor buigen de golven af naar het midden van het zeegat, waardoor de golven geconcentreerd worden in het zeegat. Door het afremmen van golven die in het zeegat terecht komen worden ze ook steiler, aangezien de frequentie gelijk blijft. Door de grote hoeveelheid ingevangen lucht in een breker, zijn brekers wit van kleur. Wanneer een zeegat naar een witte vloeistof is vernoemd, vindt men dus dat het daar vaak ruig tekeer kan gaan. Voorbeelden zijn de Stortemelk en de Roompot. Wil je een zeegat aanlopen of uitvaren, maar zit het zeegat dicht van de brekers, dan kan je beter wachten tot de vloed. Bij het naar buiten varen heb je dan wel stroom tegen, maar niet te veel brekers.

Soms neemt een breker veel zand op van de bodem. Zo'n breker heet een "grondzee". Het probleem van grondzeëen is dat door het vele zand in het water de dichtheid van het water sterk is toegenomen. Een grondzee komt dus veel harder aan dan een gewone breker.

Het gevaar van brekers is meervoudig:

  • Het is voor de bemanning vermoeiend om telkend door elkaar geschud te worden. Sommige mensen raken erdoor in paniek.
  • Opvarenden (en inventaris) kunnen overboord worden gespoeld.
  • Je wordt er nat van.
  • De boot wordt slechter bestuurbaar wanneer de golven steiler worden.
  • In steile golven kan je minder hoogte lopen en kom je minder snel vooruit.
  • De harde klappen zijn slecht voor de boot.
  • Als de kajuitingang niet goed dicht zit, kan er veel water binnenkomen.
  • De boot kan platgaan of kapseizen, zeker wanneer de top van de golf in het zeil slaat. Op dat moment zal het golfdal, waar de kiel in zit, teruggetrokken worden, waardoor er een groot hellend moment op de boot wordt uitgeoefend.

Diep water golven

Is de golflengte veel kleiner dan de diepte, dan voldoet de golfsnelheid aan <math>c^2 = \frac{g \lambda}{2 \pi}</math>. Dit is het geval bij golven die je op de Atlantische oceaan tegen komt, en de meeste golven op de Noordzee. In dit geval is de golfsnelheid afhankelijk van de golflengte, en treedt dus dispersie op. De groepssnelheid is in dit geval de helft van de fasesnelheid, dus een plek waar de golven hoog zijn, gaat half zo snel als de golven er in. Meestal gaan de golven iets sneller dan de boot, en gaan plekken met hoge golven dus een stuk langzamer. Als er achter je heel hoge golven zijn, dan komen die niet meer bij jou uit. Als je hoge golven wilt ontwijken, moet je voor je kijken.

Hoge golven

Plekken in Europe waar spectaculaire golven veel voorkomen zijn Biarritz, waar de golven vanuit de golf van Biskaje op het strand beuken, en de Severn (bij Wales), waar hoogwater laagwater inhaalt en het getij dus als een twee meter hoge muur van water door het landschap raast.

Wanneer de wind en stroom tegengesteld zijn, noemt men deze situatie "wind tegen stroom". Er kunnen dan steile, hoge golven ontstaan.

Wanneer golven van diep naar ondiep water gaan, neemt de golflengte af, en de golfhoogte toe. Dit is de belangrijkste reden waarom je op zee zandbanken ontwijkt. Een goede vuistregel is, dat wanneer de waterdiepte minder wordt dan twee keer de golflengte, dit effect merkbaar wordt. De golven gaan zich dan gedragen als ondiep water golven. Het produkt van golfsnelheid en golfhoogte blijft constant, en de verhouding tussen golfsnelheid en golflengte blijft constant. Neemt de diepte met een factor 4 af, dan worden de golven twee keer zo hoog en wordt de golflengte gehalveerd. De steilheid van de golven is dus omgekeerd evenredig met de waterdiepte, wanneer golven in ondieper water komen.

Wanneer je er vanuit gaat dat golven elkaar niet beïnvloeden, kan je door het spectrum van de golven te meten, berekenen hoe vaak monstergolven, extreem hoge golven, voorkomen ten gevolge van superpositie. Metingen vanuit boorplatforms hebben echter uitgewezen dat monstergolven veel vaker voorkomen. Blijkbaar beïnvloeden golven elkaar wel enigszins, zoals al eeuwen bekend is, en is die beïnvloeding relevant, wat een vrij recente ontdekking is. Dit is een actief onderzoeksveld.