Le onde marine Partucci Michele Guardascione Enzo V^C ptm

Tipi di onde Le onde marine sono perturbazioni della superficie marina la cui propagazione comporta un trasferimento orizzontale dell’energia che una zona limitata di mare riceve da forze esterne, quali il vento, la forza di marea, esplosioni di gas sottomarino, movimenti della crosta terrestre. Prenderanno quindi i rispettivi nomi: ONDE DI VENTO ONDE DI MAREA ONDE DA ESPLOSIONI ONDE DI TERREMOTO

Locazione delle onde Le onde sono SUPERFICIALI se interessano la superficie di discontinuità aria-acqua.______________ Le onde sono INTERNE se interessano la superficie di discontinuità di masse d’acqua di diverse proprietà fisiche. ________________________

Le onde superficiali Le onde vengono generate dal vento Non subiscono la deviazione della forza di Coriolis Possono sussistere per molto tempo, perché la forza di gravità mantiene il moto oscillatorio (onde di gravità) Assumono le denominazioni di mare vivo (sea) e mare morto o lungo (swell) a seconda delle varie situazioni temporali.

il Fetch, Le onde superficiali dipendono dalla intensità dalla direzione e dalla durata del vento che le genera. La zona di mare su cui agisce il vento per un certo periodo con caratteristiche costanti (forza e direzione) viene chiamato “Fetch”

Caratteristiche delle onde superficiali ALTEZZA (H, height): distanza verticale tra il punto più alto(cresta) e quello più basso(cavo o gola, trough) dell’onda. PERIODO (P, period ): è il tempo che intercorre tra il verificarsi di due creste consecutive per uno stesso punto. RIPIDITA’: H/L- rapporto tra l’altezza e la lunghezza d’onda. LUNGHEZZA D’ONDA (L, lenght ): distanza orizzontale tra due creste consecutive. AMPIEZZA (A): distanza verticale della cresta dal livello di riferimento della superficie del mare. VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE (C, velocity ): spazio orizzontale percorso dal profilo dell’onda nell’unità di tempo.

La genesi dell’onda marina, La formazione e lo sviluppo dell'onda marina presenta alcune fasi abbastanza definite. La prima è quella delle "increspature" ovvero delle onde capillari, subito dopo viene la "maretta"e infine la fase dei "cavalloni“. Queste sono tutte determinate dall'azione diretta e in atto del vento sul posto, e prendono il nome di onde vive. La direzione di provenienza del moto ondoso è compresa entro un angolo di 10 gradi con quella del vento.

Lo sviluppo, Il mare costituito da onde vive viene detto "mare vivo" e in inglese "sea". Quando le onde sono causate da un vento che ha soffiato precedentemente (fino a 4 giorni prima) anche in tratti di mare molto distanti (fino a 4000 chilometri), il corrispondente mare è detto "mare morto o lungo" e in inglese "swell". La direzione del mare lungo è indipendente da quella del vento in atto.

lo smorzamento dell'onda marina, Quando il vento è più veloce dell'onda, ne accelera le particelle sulla cresta, che tende a spingersi in avanti, mentre rallenta quelle nel cavo. In questo modo l'onda tende ad aumentare in altezza, in lunghezza e velocità. I valori massimi delle prime due grandezze, in funzione della velocità del vento, sono raggiunti in tempi diversi: prima in altezza e successivamente in lunghezza, facendo assumere all’onda una notevole ripidità H/L che superato il valore di 1/7 della lunghezza porta alla rottura di essa, generando i cosiddetti frangenti, ovvero le creste di spuma bianca, che crollano in avanti sul cavo antistante.

Tale fenomeno può talora essere utile per avvistare una zona infida di bassifondi. Infatti, vedendo, per esempio, una zona dove le onde frangono senza un apparente motivo, se ne può dedurre la presenza di un bassofondo, poichè questo, rallentando per attrito le onde, praticamente le accorcia fino a che queste si trovano nella condizione di frangere. Col crescere ulteriore dell'età, la velocità dell'onda può superare quella del vento; la pendenza continua a diminuire fino a un certo valore e poi rimane costante. Il moto ondoso si propaga per notevoli distanze fino a che non urta contro una costa.

La propagazione delle onde superficiali, In mare aperto e profondo le onde non sottoposte all’azione del vento, risultano molto simili ad onde sinusoidali. Indicando con (C) la loro velocità di propagazione, con (L) la loro lunghezza, e con (h) la profondità del mare, si ha la relazione: Nel caso di onde corte (L/2 < h), al termine tgh 2p h/L con buona approssimazione può essere attribuito il valore 1 e la relazione diviene: Nel caso di onde lunghe, la cui lunghezza è pari o superiore alla profondità del bacino (L>h) si ha:

e attenuazione del moto ondoso. Quando l’onda lascia l’area generatrice (Fetch) si propaga come onda libera, inizialmente la sua lunghezza ed il suo periodo aumentano mentre l’altezza diminuisce progressivamente. Successivamente i suoi parametri si stabilizzano. L’attenuazione del moto ondoso è in funzione della propagazione, quindi si verifica in misura maggiore per le onde di corto periodo ne deriva che ad una certa distanza dall’area generatrice si trovano solo onde di lungo periodo. Per quanto riguarda le formule che danno la possibilità di conoscere il legame fra le dimensioni del moto ondoso si ricordano le seguenti: L = 1.56 P2 (in metri) C = 3.03 P (in nodi)

La figura mostra il legame generale tra velocità, periodo e lunghezza dell’onda quando la profondità è superiore a L/2.

Il profilo delle onde:La Trocoide Il profilo delle onde marine è simile alla figura generata da un punto situato sul bordo di una ruota che si muove su una superficie orizzontale. La trocoide è la curva descritta dal moto delle particelle d’acqua che costituiscono l’onda. Tali particelle prese singolarmente percorrono circonferenze in un tempo pari al periodo T dell’onda e con sfasamento costante tra loro, nel senso che due di esse distanti L/n (L lunghezza d’onda, n numero reale) occupano sulle rispettive orbite, ad ogni istante, posizioni sfasate di 2p/n. Inoltre, il raggio r delle orbite descritte dalle particelle si riduce con la profondità.

Valutazione delle dimensioni dell'onda e dello stato del mare L'altezza delle onde aumenta quando il vento fornisce sufficiente energia. Quando vengono superati 10 nodi di vento, non aumenta solo l'altezza delle onde, ma anche la loro lunghezza e velocità. Questi aumenti non sono illimitati, ma presentano valori massimi finali, per raggiungere i quali è necessario che l'azione del vento sia invariata e persistente per lungo tempo. Solo dopo qualche giorno la velocità dell'onda diviene uguale a quella del vento e le sue dimensioni non aumentano più. Oltre la velocità del vento e la sua persistenza, elemento fondamentale per lo sviluppo delle onde è il fetch,

nelle vicinanze della zona le onde non sono molto alte, al contrario man mano che ci si allontana da essa l’altezza delle onde aumenta. Il diagramma ci dà l'altezza dell'onda e il suo periodo in funzione della velocità del vento, della sua durata e del fetch.

Spesso si parla di onde lunghe o corte, alte o basse Spesso si parla di onde lunghe o corte, alte o basse. Esiste a tal proposito una distinzione come segue: onde basse fino ad altezza inferiore ai 2 metri; onde medie tra 2 e 4 metri; onde alte oltre i 4 metri; e, per quanto riguarda la lunghezza: onde corte inferiori a 100 metri; onde medie fra 100 e 200 metri; onde lunghe oltre i 200 metri. Tali definizioni vengono di solito impiegate per definire le cosiddette onde di mare morto.

Onde di gravità Dopo che si sono formate le "increspature", il vento, non esercita più soltanto un semplice attrito, ma una vera e propria pressione che provoca un abbassamento nel punto in cui è maggiormente esercitata, e un innalzamento compensativo in corrispondenza del punto ove lo è meno. Si formano così le onde di gravità, che si muovono appunto sotto l'azione della gravità, per effetto della pressione causata dal vento sul mare, la massa d'acqua superficiale oscilla e assume un movimento circolare che si trasmette alle aree adiacenti, originando un profilo ondoso che si propaga nella direzione del vento, senza che vi sia un vero spostamento d'acqua. Pertanto il moto dell'acqua è apparente; le sue particelle percorrono solamente traiettorie pressoché circolari, che diventano sempre più piccole verso il fondale.

il loro spostamento, In mare aperto e profondo e nel caso di onde lunghe le particelle d’acqua che partecipano al movimento descrivono orbite pressoché circolari che divengono sempre più ellittiche con l’aumentare della profondità. In caso di onde corte le particelle d’acqua che partecipano al movimento descrivono invece orbite pressoché circolari con raggi decrescenti con la profondità. Nel loro movimento pressoché circolare le particelle d’acqua si spostano e in direzione della propagazione dell’onda di una quantità molto piccola.

Onde di acqua bassa più ripide, finché si destabilizzano e si rompono. Ciò avviene quando la profondità del mare è circa una volta e mezza l'altezza dell'onda. Si formano in questo modo i frangenti (breakers). Quando i frangenti su una spiaggia si dispongono lungo una linea più o meno continua, si ha una linea di rottura (surf). Le onde lunghe e basse, Quando la profondità del mare diviene minore della metà della lunghezza d'onda, influenza le caratteristiche dell'onda stessa. Al decrescere ulteriore della profondità, diminuiscono anche la lunghezza e la velocità dell'onda, ma se questa è un'onda di mare vivo, l'altezza rimane quasi la stessa. Quindi le onde diventano più fitte e sempre

invece, quando giungono in acque poco profonde, possono addirittura aumentare in altezza e formare onde a ricciolo (rollers).

SCALA DOUGLAS (Scala indicativa dello stato del mare) Le tavole riportano le scale descrittive e numeriche dei vari tipi di moto ondoso usate nel Servizio Meteorologico Italiano Lo stato del mare è lo stato del moto ondoso locale dovuto agli effetti combinati del mare vivo (o mare di vento) e del mare lungo (o mare morto)

Tabelle del mare vivo,del mare morto e delle caratteristiche delle onde

SCALA BEAUFORT (Scala indicativa della forza del vento) Frazione di scala SCALA BEAUFORT (Scala indicativa della forza del vento) L'altezza probabile delle onde indica le condizioni che si possono generalmente incontrare in mare aperto, ad una notevole distanza dalle coste e non deve mai essere usata in senso inverso per per stimare o segnalare lo stato del mare. Ricordiamo che in mari interni, in vicinanza delle coste, con venti da terra le onde risultano meno alte e ripide CENNI STORICI La scala prende il nome dall'ammiraglio inglese Francis Beaufort (1774-1857), addetto al servizio idrografico britannico, che nel 1805 propose un metodo per la classificazione della forza del vento in 13 gradi. La scala fu utilizzata per la prima volta nel 1831 a bordo della Beagle nel suo famoso viaggio e venne adottata dall'ammiragliato britannico nel 1838 ed in seguito da tutti gli altri paesi

F i n e

Propagarsi e affievolirsi del mare lungo Quando le onde si propagano oltre la zona in cui il vento le ha generate si ha il "mare lungo". Queste onde se non incontrano un vento contrario che le spiani, viaggiano per molto tempo e per grandi distanze. Per conoscere la velocità con cui si propaga il mare lungo e quindi stimare quando arriverà in una certa zona, dobbiamo considerare che esso viaggia con una velocità che è quasi la metà di quella del vento nella zona in cui è stato generato. Man mano, poi, che si allontanano dalla zona di origine, a causa dell'attrito, le onde di mare lungo tendono ad affievolirsi. L'altezza si riduce di 1/3 ogni volta che le onde percorrono una distanza in chilometri pari a 6 volte la lunghezza d'onda, misurata in metri, oppure una distanza in miglia equivalente alla lunghezza d'onda misurata in piedi.