Ondas: olas
Ola
Una ola es el movimiento que se efectúa en el agua como consecuencia, principalmente, de variaciones en la temperatura, presión atmosférica, sismos, atracción gravitatoria, etc. Esto da como resultado, ondulaciones en la superficie del agua, que, dependiendo de los factores antes mencionados, resultara en olas de diferente tipo.
Misa cabca (discusión) 17:10 6 nov 2020 (CST)
Tipos de olas
Esta categorización de las olas, ha sido consecuencia de su estudio en el mar, ya que su gran extensión facilita los experimentos y observaciones para los científicos.
Los tipos de olas encontrados han sido:
Olas de oscilación. En este tipo de ola, el agua no avanza, y son consecuencia de los efectos del viento. Este provoca que las partículas de agua se muevan en forma casi circular respecto de su posición, siguiendo la dirección del viento.
Este tipo de olas, son las mas comunes de encontrar en el mar.
Olas de traslación. Estas olas se presentan en zonas cercanas a las costas, su movimiento se genera a mayor profundidad en comparación a las olas de oscilación, ya que a esa profundidad, se generan movimiento circulares haciendo que el agua se traslade de posición.
Olas sísmicas. Tal y como su nombre lo menciona, este tipo de olas es generado por los sismos en las cortezas oceánicas, consecuencia de terremotos o erupciones volcánicas. Las sacudidas que estos generan, provocan aumento en el numero de olas, funcionando como ondas constructivas, por lo tanto, desplazan una gran cantidad de agua a medida que avanzan en el mar abierto.
Nota: Cuando las olas llegan a la costa, se le conoce como tsunami.
Características de las olas
La manera de estudiar las características de una ola es tomando un plano vertical respecto a la dirección de propagación. Con ello, conseguimos visualizar algunos parámetros que la conforman y son:
• Altura (H). Representa la distancia en forma vertical de una cresta a un valle.
• Amplitud. Es la distancia que existe del plano vertical a la cresta.
• Periodo (T). Tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la ola.
• Frecuencia. Número de crestas o valles que pasan por un punto en un tiempo determinado.
• Longitud de onda (L). Distancia entre dos crestas (o valles) consecutivas.
• Velocidad (V). Se refiere a lo que avanza la longitud de onda, en un periodo T. Sus unidades de medida mas conocidas son los nudos.
• Pendiente (P). Cociente entre altura y longitud de onda. Mediante este parámetro podemos observar la estabilidad de la onda:
- Si H/L ≤ 1/100, la pendiente es pequeña y existe mayor estabilidad.
- Si 1/100 < H/L ≤ 1/25, la pendiente es mediana.
- Si 1/25 < H/L ≤ 1/7, la pendiente es grande
- Si H/L > 1/7 la ola es inestable y se rompe.
• Edad de las olas. Cociente de la velocidad de propagación respecto a la velocidad que lleva el viento.
Ecuación de onda en el agua y su relación con la ola
Antes de comenzar con el estudio matemático de la ecuación de onda en el agua, debemos tener en cuenta los siguientes fundamentos de hidrodinámica:
- el fluido debe ser un homogéneo, incompresible - se debe despreciar la tensión superficial - se desprecia el efecto de Coriolis - el fluido debe ser no viscoso - el fluido debe ser irrotacional - el fondo debe ser plano e impermeable - no se pierde la energía
Después de realizar las consideraciones anteriores, y teniendo en cuenta que el plano es vertical respecto a la dirección de propagación, tomamos las coordenadas (y,z), siendo la coordenada vertical el eje z y la horizontal el eje y.
Con ello, la onda tendrá propagación en el eje z y profundidad en el eje y. Esto nos da idea de que vamos a considerar una onda longitudinal (Ecuación \ref{eq:one}) y una onda transversal (Ecuación \ref{eq:two}).
\begin{equation}\label{eq:one} \frac{\partial^2 \psi_{z}}{\partial z^2}=\frac{1}{v}\frac{\partial^2 \psi_{z}}{\partial t^2} \end{equation}
\begin{equation}\label{eq:two} \frac{\partial^2 \psi_{y}}{\partial z^2}=\frac{1}{v}\frac{\partial^2 \psi_{y}}{\partial t^2} \end{equation}
La solución para ambas ecuaciones de onda deben tener en cuenta que tanto $\psi_{y}$ como $\psi_{z}$ varían de manera armónica con la frecuencia angular, de igual manera, los ángulos de fase contienen el término $-kz$ (por ser una onda viajera) y sean independientes de la variable $y$, al igual que la solución de una, a comparación de la otra, tienen un desfase de $90°$, por ultimo, el movimiento a mayor profundidad debe ser mas suave y esto nos da como resultado que las amplitudes de ambas soluciones a la ecuación de onda sean dependientes de $y$.
