As ondas de superfície geradas pelo vento correspondem a um

SABIA QUE...
O VENTO GERA ONDAS
NA SUPERFÍCIE DO MAR?
As ondas de superfície
geradas pelo vento
correspondem
a um fenómeno de
interacção entre o
oceano e a atmosfera
atmosfera
oceano
Alguns conceitos básicos
sobre ondas
L
H
Altura (H)
Distância vertical entre crista e cava
Comprimento de onda (L)
Distância horizontal entre 2 cristas
(ou 2 cavas) consecutivas
Período (T)
Frequência (f)
Velocidade de fase (C)
Tempo necessário para a onda
percorrer a distância de um
comprimento de onda (L)
Inverso do período (f = 1/T)
Velocidade de propagação da forma
da onda (C = L/T)
O vento gera ondas por transferência de energia para
a superfície do oceano.
O tamanho das ondas formadas depende da
VELOCIDADE DO VENTO, do INTERVALO DE
TEMPO durante o qual o vento se mantém e também
do COMPRIMENTO ao longo do qual o vento sopra
sem obstruções ( o “fetch”).
Qual é a diferença entre ondulação (“swell”) e vagas
(“sea”)?
Num dado local, podemos receber ondas que foram
geradas por uma tempestade num local muito distante:
essas ondas, de forma regular e por vezes de grande
altura, são designadas por ONDULAÇÃO.
Mas as ondas geradas pelo vento no local de
observação, geralmente irregulares e caóticas, são
designadas por VAGAS.
Geração de ondas de superfície pelo vento
vento
Direcção de propagação
das ondas
“fetch”
ondulação
vagas
Conforme a relação entre o comprimento de onda (L) e
a profundidade das águas (D) onde as ondas se
propagam, assim se pode usar a aproximação das
águas profundas (quando D é maior que metade de L)
ou a aproximação das águas pouco profundas (quando
D é menor que um vigésimo de L).
Na aproximação de águas profundas, a velocidade de
propagação das ondas depende essencialmente das
características da onda, i.e., do seu comprimento (L):
C
gL
 1,25 L
2
Na aproximação de águas pouco profundas a
velocidade
de
propagação
já
vai
depender
fundamentalmente da profundidade da água:
C  gD  3,1 D
Como será o movimento das partículas de água enquanto a
onda passa?
Esse movimento vai diferir nos 2 casos limites vistos
anteriormente (águas profundas e pouco profundas):
• Em águas profundas, as partículas descrevem órbitas
circulares com raios progressivamente menores à medida que
se vai descendo na coluna de água, até que se atinge um nível
(igual a metade do comprimento de onda, L/2) em que as
partículas de água já não “sentem” a passagem da onda.
Então, por exemplo, um mergulhador no alto mar deixaria de
sentir o movimento da água associado à passagem de ondas de
100 m de comprimento quando mergulhasse para uma
profundidade igual ou superior a 50 m.
• Quando as ondas se propagam em águas pouco profundas, as
partículas passam a descrever elipses, as quais são tanto mais
achatadas quanto mais próximo do fundo e, mesmo junto a
este, o movimento é apenas de vai-vem horizontal.
Aproximações: águas profundas e pouco profundas
águas profundas
D > L/2
c = L/T ~ 1,25 ¯L
águas pouco profundas
D < L/20
c = L/T ~ 3,1 ¯D
Exemplo para a propagação das ondas de superfície
em águas profundas (h > L/2):
c = L/T = 1,25 ¯L
L = 1,252 x T2  1,6 T2
Período
T (s)
Frequência
(ondas/min)
Prof. (m) de
não-mov.
(L/2)
Prof. (m) de
mov. reduzido
a 50% (L/9)
Vel. propag.
em ág. prof.
(km/h)
1,6
1
60
0,8
0,2
5,8
25
4
15
13
2,8
22,3
100
8
7,5
50
11
43,2
225
12
5,0
113
25
68,4
400
16
3,7
200
44
90,0
624
20
3,0
312
69
111,6
c.d.o.
L (m)
Na realidade, o movimento das partículas de água à
passagem de uma onda não é exactamente em órbitas
(círculos ou elipses) fechadas! E porque as órbitas não
são fechadas, há sempre um transporte de água na
direcção de propagação da onda. Esse transporte
denomina-se transporte de Stokes.
E é por isso que as ondas conseguem transportar
sedimentos, derrames de petróleo na superfície do
mar, etc.
Transporte pelas ondas
As órbitas
das
partículas
não são
exactamente
fechadas
Portanto há
transporte
de massa
O que acontece quando as ondas se aproximam da
costa e entram em águas pouco profundas?
Neste caso, como vimos, a velocidade de propagação
passa a depender da própria profundidade da água (é
proporcional à raíz quadrada da profundidade) e não
já das características das ondas: quanto menor for
essa profundidade, menor será a velocidade de
propagação (C) da onda. Mas o seu período (T)
mantém-se, e como o comprimento de onda (L) é igual
ao produto de C por T, então o comprimento de onda
L diminui à medida que a onda avança para menores
profundidades.
O que acontece quando as ondas se aproximam da
costa e entram em águas pouco profundas?
Outra consequência importante provém do facto da
velocidade de propagação depender exclusivamente da
profundidade quando a onda entra em águas pouco
profundas: é a chamada refracção das ondas.
Imaginemos as cristas das ondas a aproximarem-se de
uma praia mas fazendo um certo ângulo com a linha da
costa. A parte das cristas mais próxima da costa (e
portanto em águas relativamente menos fundas)
propagar-se-á com velocidades menores do que a
parte mais afastada (que se encontra em águas mais
fundas) e esta diferença de velocidades vai
compensar, pelo menos em parte, a inclinação inicial
das cristas relativamente à linha da costa, ou seja, as
cristas vão ficar mais alinhadas com a costa.
Refracção das ondas
lembrar que c ~ 3,1 ¯D
A refracção leva à distribuição de igual quantidade de
energia das ondas por áreas diferentes da superfície do mar
Por que rebentam as ondas?
Quando as ondas entram em águas pouco profundas (D
< L/2), a altura das ondas (H) começa por se reduzir
(porque as órbitas das partículas ficam “achatadas”).
Depois, quando a profundidade tiver valores menores
que cerca de um décimo do comprimento de onda (D <
L/10), a altura da onda (H) vai aumentar rapidamente.
Isto acontece porque o comprimento de onda diminui
(como já vimos anteriormente) e a onda vai ficar mais
“apertada” entre as ondas vizinhas. Então estamos
numa situação em que a altura aumenta e o
comprimento de onda diminui, logo a declividade (H/L)
acaba por atingir valores elevados (maiores que 1/7),
a onda torna-se instável e dá-se a rebentação.
Rebentação das ondas
Declividade
H/L > 1/7
Onda torna-se instável
Rebentação
Há vários tipos de rebentação das ondas conforme o
declive do fundo onde a onda está a rebentar.
Na figura seguinte esquematizam-se as condições do
fundo para os quatro tipos principais de rebentação.
Como é evidente, os surfistas preferem a rebentação
mergulhante (“plunging”).
Transbordante
(“spilling”)
Declive crescente do fundo
Mergulhante
(“plunging”)
Colapsante
(“collapsing”)
Arfante
(“surging”)
Até agora só falámos de ondas individuais mas na
verdade as ondas reais no mar são mais complexas.
Elas podem ser consideradas como uma sobreposição
de ondas simples. As ondas simples, ao interferirem
entre si dão origem a padrões mais complicados. Para
se perceber melhor, pensemos em duas ondas com as
mesmas características mas com uma ligeira diferença
de fase (como está esquematizado na figura seguinte)
que se encontram. A superfície do mar vai mostrar o
efeito combinado dessas duas ondas correspondendo a
um grupo de ondas.
Grupo de ondas
+
Um grupo de ondas em águas profundas propaga-se
com uma velocidade diferente (metade) da das ondas
individuais que o compõem: é a velocidade de grupo. É
como se as ondas se propagassem dentro de um
“veículo” mais lento que elas. Cada onda individual
“nasce” na parte de trás do “veículo” e “morre” na
parte dianteira deste, transferindo a sua energia para
a onda que a precede.
Na figura mostra-se como um grupo de ondas se move
e, simultaneamente, como cada onda individual se move
dentro do grupo. A ideia que existe que “ao fim de
sete ondas vem uma onda maior”, é uma aproximação a
este padrão do “grupo de ondas”, em que há, de
facto, uma crescente altura das ondas individuais até
se chegar à onda na região central do grupo de ondas
e um decréscimo subsequente. É claro que o número
sete não é regra mas não andará longe da realidade.
5
5
5
5
5
5
5
5
Há dois tipos de sistemas de correntes gerados pelas
ondas na zona litoral, para além do movimento de
vai-e-vem produzido directamente pelas ondas:
(a) sistema de circulação em célula composta pelos
agueiros ou correntes de retorno (“rip currents”) e
pelas correntes ao longo da costa que lhes estão
associadas;
(a) correntes litorais devidas
oblíqua das ondas à costa.
a
uma
aproximação
As “rip currents” (agueiros) são correntes fortes e
estreitas que fluem para o largo a partir da zona de
rebentação. Os agueiros são alimentados por um
sistema de correntes ao longo da costa, as quais são
devidas ao transporte de água para a costa associado
às ondas.
Estas correntes são responsáveis por muitos dos
afogamentos de banhistas que são apanhados por elas
e levados para fora de pé rapidamente (seria
importante que todos os banhistas apanhados nesta
situação tivessem a presença de espírito necessária
para tentar nadar paralelamente à costa e saírem
assim da influência dessas correntes que são muito
estreitas).
Correntes de retorno
(“rip currents”)
Cuidado,
não tentem resistir-lhes
directamente!!
Atravessem-nas
paralelamente à costa...