Fale wiatru: koncepcja, struktura i charakterystyka. Jak powstaje fala wiatru?

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-12 11:44

Fala to naturalne zjawisko, które w dużej mierze decyduje o komforcie przebywania na pełnym morzu. Małe fale mogą nawet nie zostać zauważone. Ale te duże są w stanie spowodować znaczne uszkodzenia statku morskiego i zaszkodzić jego pasażerom. W tym artykule skupimy się na falach wiatrowych. Czym są, jak powstają i jakie mają cechy? Odpowiedzmy na wszystkie te pytania razem!

Fale wiatru - co to jest?

Żaden zbiornik wodny nie może pozostać spokojny i nieruchomy. Przecież nawet wiatr, którego siła jest nieznaczna, z pewnością odbije się na jego powierzchni. Fala wiatru powstaje w wyniku bezpośredniego oddziaływania wiatru na powierzchnię wody morza lub jeziora. Aby lepiej zrozumieć mechanizm jej powstawania, możesz obejrzeć pole pszenicy przy wietrznej pogodzie.

Więc jak powstają fale wiatru? Przy słabym wietrze na spokojnej tafli wody pojawiają się lekkie zmarszczki. Wraz ze wzrostem prędkości pojawiają się małe rytmiczne fale. Stopniowo zwiększa się ich długość i wysokość. Z dalszymiw miarę nasilania się wiatru na ich grzebieniach zaczynają tworzyć się „jagnięta” z białej piany. Prędkość fal wiatru może być bardzo zróżnicowana (od 10 do 90 km/h). Po ustaniu wiatru na morzu widać długie, niskie i łagodne fale, zwane swell.

Ważne jest, aby pamiętać, że woda jest substancją o wiele gęstszą niż powietrze. W efekcie powierzchnia zbiornika „opóźnia się” nieco po uderzeniu wiatru, a fale dopiero po chwili zamieniają się w fale.

Fale wiatru należy odróżnić od tsunami i pływów. Te pierwsze powstają w wyniku zwiększonej aktywności sejsmicznej skorupy ziemskiej, a drugie w wyniku uderzenia satelity naszej planety, Księżyca.

Struktura fal morskich

Fala wiatru składa się z kilku elementów (patrz diagram poniżej):

• Grzebień jest najwyższym punktem fali.
• Dno to najniższy punkt fali.
• Stoki - zawietrzna i nawietrzna.

Zawietrzne (przednie) nachylenie fali jest zawsze bardziej strome niż nawietrzne. Tu, nawiasem mówiąc, istnieje bezpośrednia analogia z wydmami, które również powstają pod wpływem wiatru. Zbliżając się do brzegu, podeszwa fali zwalnia na dnie zbiornika, a jej grzebień przewraca się, rozpryskując się w wielu rozpryskach. Procesowi temu towarzyszy aktywne niszczenie skał. Jeśli fala uderzy w przybrzeżną skałę, wówczas woda zostanie wyrzucona w postaci potężnej pienistej kolumny, której wysokość może sięgać kilkudziesięciu metrów.

Charakterystyka fal wiatrowych

W oceanografii istnieją cztery główne cechy fali morskiej. To jest:

• Wysokość to pionowa odległość między podeszwą a grzbietem.
• Długość - odległość między dwoma grzbietami sąsiednich fal.
• Prędkość - odległość, jaką pokonuje grzbiet fali w jednostce czasu (zwykle mierzona w metrach na sekundę).
• Stromość to stosunek wysokości fali do połowy jej długości.

Długość fal wiatru waha się od 0,5 do 250 metrów, wysokość może osiągnąć 20-25 metrów. Najpotężniejsze fale obserwuje się na półkuli południowej, na otwartym oceanie. Tutaj prędkość ich przemieszczania się często dochodzi do 15-20 m/s. Najmniejsze fale są typowe dla mórz śródlądowych, które wnikają głęboko w kontynent (na przykład dla Morza Czarnego lub Morza Azowskiego).

Fale morskie: skala

Stan mórz to termin używany w naukach oceanograficznych do określania stanu otwartej powierzchni dużych zbiorników wodnych (jezior, mórz, oceanów). Charakteryzuje się przede wszystkim wysokością fal i ich siłą. Do oceny stopnia szorstkości morza stosuje się 9-stopniową skalę opracowaną przez Światową Organizację Meteorologiczną.

Wynik	Nazwa	Wysokość fali (m)	Zewnętrzne znaki
0	Doskonale spokojne morze	0	Powierzchnia morza jest gładka
1	Spokojne morze	0-0, 1	Wsady i delikatne fale
2	Niskie emocje	0, 1-0, 5	Grzebienie fal zaczynają się przewracać, ale nie ma jeszcze piany
3	Lekkie podniecenie	0, 5-1, 25	Czasami „jagnięta” pojawiają się na grzbietach fal
4	Umiarkowane emocje	1, 25-2, 5	„Jagnięta” są obecne w dużych ilościach
5	Wzburzone morze	2, 5-4	Pojawiają się duże grzbiety
6	Poważne zamieszanie	4-6	Grzbiety tworzą duże fale sztormowe
7	Ciężkie emocje	6-9	Pianka rozciąga się w paski i częściowo pokrywa zbocza fal
8	Bardzo silne podniecenie	9-14	Pianka całkowicie pokrywa zbocza fal
9	Wyjątkowe emocje	Powyżej 14 lat	Cała powierzchnia fal pokryta jest grubą warstwą pianki. Powietrze jest nasycone pyłem wodnym. Widoczność gwałtownie spada.

Fale morskie jako źródło energii

UżyjNaturalna energia fal oceanicznych jest jednym z obiecujących obszarów alternatywnej energetyki. Naukowcy obliczyli, że całkowita moc wszystkich fal wiatrowych na planecie wynosi 10²⁰ J/godzinę. To kolosalna postać, ale problem polega na tym, że uzyskanie i wykorzystanie tej energii jest bardzo trudne.

Dziś takie kraje jak Wielka Brytania, Irlandia, Norwegia i Indie są poważnie zaangażowane w rozwój energii fal. Działanie elektrowni falowej opiera się na zamianie energii mechanicznej fali morskiej na energię elektryczną za pomocą mechanizmów roboczych składających się ze specjalnych pływaków, łopatek i wahadeł.

Pierwsza taka elektrownia została uruchomiona w Norwegii w 1985 roku. Jego moc to 850 kW. Obecnie wiele krajów wykorzystuje energię fal do zasilania autonomicznych boi, statków morskich, farm marikulturowych, a nawet małych platform wiertniczych.