Golf (vloeistofdynamica)
Van Wikipedia
In vloeistoffen (bijvoorbeeld water) onderscheiden we twee soorten golven:
- golven die ontstaan door een verstoring in het vloeistofoppervlak, zoals tijgolven en golven in oceanen,
- golven die ontstaan door een verandering in het debiet (afvoergolven) zoals vloedgolven (tsunami's)
Beide soorten golven hebben hebben eigen karakteristieken. Als voorbeeld gaan we uit van water:
Inhoud |
[bewerk] Ontstaan door verstoringen in het wateroppervlak
Golven die ontstaan wanneer het wateroppervlak in rust wordt verstoord, verplaatsen zelf eigenlijk geen watermassa: ze verplaatsen alleen de energie die met de verstoring gepaard ging. Een voorbeeld van dit type golf is de kring die ontstaat wanneer een steen in het water wordt gegooid. Ook de meeste golven op zee zijn van dit type, omdat de wind verstoringen in het normaal gladde wateroppervlak aanbrengt.
[bewerk] Wind
Als de golven eenmaal een bepaalde hoogte hebben gaat de wet van Bernoulli meetellen. De wind die over de golftop blaast heeft een lagere dichtheid dan de lucht net achter de golftop. De lucht net achter de golftop zal naar boven gaan bewegen. Daar komt bij dat de wind tegen de golftop van de golf er achter "botst". Deze beide gebeurtenissen zorgen er voor dat lucht rond gaat draaien tussen de beide golven. Er zo voor zorgend dat de golven hoger en hoger opgezweept worden. Er zijn veel vogels die gebruik maken van deze opwaartse luchtstroom achter de golftop. Dit proces is rechts in een animatie verduidelijkt.
[bewerk] Voortplantingssnelheid
Indien de golflengte veel groter is dan de waterdiepte is er sprake van een lange golf. Een voorbeeld van een lange golf is de getijgolf. Een lange golf zal zich voortplanten met een snelheid die gelijk is aan:
waarbij:
- c = fasesnelheid van de golf [m/s]
- g = zwaartekrachtsversnelling [m/s2]
- d = waterdiepte [m]
Als een golf naar het strand toe loopt, dan vermindert d en vermindert dus ook c. De golf vertraagt dus en wordt daardoor hoger, tot ze breekt.
Als de golflengte veel kleiner is dan de waterdiepte is er sprake van een korte golf. Golven veroorzaakt door wind op zee zijn korte golven. De voortplantingssnelheid van een korte golf is afhankelijk van de golflengte:
waarbij:
- T = oppervlaktespanning van de vloeistof [N/m]
- ro = dichtheid van de vloeistof [kg/m³]
- k = golfgetal van de golf [1/m]
Voor heel korte golfjes kleiner dan 2 cm overheerst de oppervlaktespanning en kan de zwaartekracht verwaarloosd worden:
Voor iets grotere golven boven 2 cm overheerst de zwaartekracht en kan de oppervlaktespanning verwaarloosd worden:
[bewerk] Ontstaan door afvoerveranderingen
Afvoergolven verplaatsen, in tegenstelling tot golven van het andere type, wél een massa water.
[bewerk] Voortplantingssnelheid
Ze planten zich voort met de snelheid:
- c = 1.5 · v
waarbij:
- c = voortplantingssnelheid van de golf [m/s]
- v = stroomsnelheid van het water [m/s]
