LABORATORIUM Z PODSTAW TEORII OKR
TU
Pytania z ćwiczenia nr 17
Wytwarzanie i pomiar fali wodnej w basenie doświadczalnym
Parametry fali regularnej o małej amplitudzie.
W bardzo wielu wypadkach, dla uniknięcia nieliniowości w opisie zjawiska falowania można przyjąć
założenie, że amplituda fali jest mała wobec długości fali. W takim przypadku, jeżeli ruch falowy jest
harmoniczny funkcją czasu, profil fali jest sinusoidą, a fala nazywa się wodną regularną o małej
amplitudzie.
Wpływ głębokości akwenu na charakter i prędkość fali.
Wyróżniamy trzy przypadki, w których rozpatrywany jest wpływ głębokości akwenu na prędkość fali:
a) Głębokość akwenu jest większa od połowy fali
Cząsteczki cieczy w ruchu falowym zakreślają trajektorie kołowe, których promień, równy amplitudzie
fali na swobodnej powierzchni wody, maleje wykładniczo w miarę oddalania się od niej, Na głębokości
przekraczającej połowę długości fali ruch falowy staje się niedostrzegalny. Fala taka nazywa się falą
głębokowodną albo krótką. Prędkość fali głębokowodnej jest niezależna od głębokości akwenu i wzrasta
wraz ze wzrostem długości fali.
b) Głębokość akwenu jest mniejsza od połowy długości fali
W takim wypadku ruch falowy rozciąga się na całą głębokość akwenu, trajektorie cząsteczek zamieniają
się z kołowych na eliptyczne, spłaszczające się w miarę oddalenia od swobodnej powierzchni wody.
Prędkość fali rośnie wraz z długością fali, będąc zależną jednocześnie od długości fali i głębokości
akwenu.
c) Jeżeli głębokość wody maleje
Powstała fala nazywana jest falą płytkowodną albo długą. Prędkość fali płytkowodnej jest niezależna od
długości fali, będąc jedynie funkcją głębokości akwenu. W odróżnieniu od fali głębokowodnej, fala
płytkowodna posiada prędkość graniczną, której dla danej głębokości nie można przekroczyć.
Profil fali regularnej o małej amplitudzie i skończonej amplitudzie.
Jeżeli amplituda fali jest porównywalna z głębokością akwenu, to wpływ amplitudy na prędkość fali staje
siÄ™ wyraz
ny. Prędkość fali rośnie wraz z wzrostem amplitudy.
Co to jest fala nieregularna?
W wyniku badań oceanotechnicznych zaobserwowano, że w pełni rozwinięte falowanie morskie
pochodzenia wiatrowego jest procesem losowym i może być uważane za wynik superpozycji
nieskończonej ilości fal regularnych o różnych częstotliwościach, różnych amplitudach i losowym
przesunięciu fazowym.
Typy wywoływaczy fal.
Wywoływacze fal dzieli się głównie na cztery podstawowe typy:
a) Wywoływacze płytowe  elementem wywołującym falę jest tutaj płyta, najczęściej sztywna i płaska,
wykonująca oscylacyjny ruch względem pionowego położenia spoczynkowego.
Wyróżniamy dwie podstawowe odmiany wywoływacza płytowego:
·ð wywoÅ‚ywacz wahadÅ‚owy  pÅ‚yta oscyluje tutaj wahadÅ‚owo wzglÄ™dem poziomej osi obrotu znajdujÄ…cej
się na dole płyty. Wywoływacz taki nadaje się bardzo dobrze do wytwarzania fali głębokowodnej.
·ð wywoÅ‚ywacz tÅ‚okowy  w tym wypadku pÅ‚yta wykonuje przesuniÄ™cie poziome i z tego wzglÄ™du
wywoływacz taki stosowany jest do wytwarzania fali płytkowodnej charakteryzującej się poziomymi
oscylacjami cząsteczek wody o stałej amplitudzie w całej głębokości akwenu.
b) Wywoływacze nurnikowe  elementem wywołującym tutaj falę jest nurnik o dowolnym profilu
wykonujący oscylacje pionowe. Wywoływacz nurnikowy o profilu niesymetrycznym, z tylną ścianą
pionowÄ… wytwarza falÄ™ tylko w jednym kierunku co pozwala na jego umieszczenie na samym brzegu
basenu co nie wpływa negatywnie na jego długość jak w przypadku innych wywoływaczy.
·ð ruch jednostajny prostoliniowy  ruch jednostajny po torze prostoliniowym, czyli ruch odbywajÄ…cy siÄ™
wzdłuż prostej ze stałą prędkością.
·ð ruch jednostajny po okrÄ™gu  ruch po torze o ksztaÅ‚cie okrÄ™gu z prÄ™dkoÅ›ciÄ… o staÅ‚ej wartoÅ›ci, tzn. v =
const. Ruch jednostajny po okręgu jest ruchem niejednostajnie przyspieszonym, tzn. kierunek i zwrot
wektorów przyspieszenia a i prędkości v zmieniają się cały czas w trakcie ruchu, nie zmieniają się
natomiast ich wartości.
c) Wywoływacze pneumatyczne  wytwarzają falowanie pod wpływem pulsacji ciśnienia ponad
swobodną powierzchnią wody. Działanie ich jest analogiczne do działania wywoływacza nurnikowego z
nurnikiem o profilu prostokÄ…tnym.
d) Wywoływacze rotacyjne  mają postać walców mimośrodowych, kół łopatkowych itp. Nie mają one
większego znaczenia praktycznego.
Pochłaniacze fal.
Z powodu skończonej długości basenu modelowego i powstających w ten sposób fal odbitych używa
się w celu jak największego ich wygłuszenia tzw. pochłaniaczy fal. Działanie ich polega na wytraceniu
energii fali przez tarcie i załamanie na powierzchni czynnej pochłaniacza zwanej plażą. Skuteczność
pochłaniacza zależna jest od struktury jego powierzchni, profilu oraz długości.
Sondy falowe.
Do pomiaru amplitudy fali służy sonda elektryczna typu oporowego lub pojemnościowego.