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 básicossobre ondas

Comprimento de onda (L) Período (T)

Velocidade de fase (C)

Frequência (f)

Distância horizontal entre 2 cristas (ou 2 cavas) consecutivas

Tempo necessário para a onda percorrer a distância de um comprimento de onda (L)

Velocidade de propagação da formada onda (C = L/T)

Inverso do período (f = 1/T)

Altura (H)

Distância vertical entre crista e cava

L

H

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

“fetch”

Direcção de propagaçãodas ondas

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):

Na aproximação de águas pouco profundas a velocidade de propagação já vai depender fundamentalmente da profundidade da água:

D,C 13 gD

L,C 2512

gL

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

águas pouco profundas D < L/20

c = L/T ~ 1,25 ¯L

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

c.d.o. L (m)

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

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

Portanto há

transporte de massa

As órbitas das

partículas não são

exactamente

fechadas

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

cristas

menor D: propagação mais lenta

maior D: propagação mais rápida

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”)

Mergulhante (“plunging”)

Colapsante(“collapsing”)

Arfante(“surging”)

Decliv

e cre

scente

do fu

nd

o

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 a uma aproximação oblíqua das ondas à costa.

 

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...