Ondas no Mar. Sueli Susana de Godoi

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1 Ondas no Mar Sueli Susana de Godoi Laboratório de Dinâmica Oceânica Departamento de Oceanografia Física, Química e Geológica Instituto Oceanográfico Universidade de São Paulo agosto 2011 Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 1

2 Preâmbulo Os tópicos apresentados a seguir apresentam aspectos relacionados com: O que são ondas? Formas das Ondas Energia das Ondas Ondas de características raras Observações de ondas Ressalta-se a importância de complementar tais notas de aula com a leitura de Open University (1989) ou qualquer outra referência equivalente. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 2

3 O que são ondas?: Conceito de ondas Aristóteles ( BC) observou a relação entre vento e ondas Estudos realizados: observação das características das ondas no mar. modelos matemáticos de comportamento de ondas, baseados na dinâmica de fluidos idealizados. (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 3

4 Sueli Susana de Godoi (Open University, Ondas no1989) Mar 4 O que são ondas?: Conceito de ondas Perfil vertical de duas ondas oceânicas idealizadas, mostrando suas dimensões lineares e forma senoidal. H - altura da onda - variação vertical entre a crista e o cavado da onda a - H/2 - amplitude da onda L, λ - comprimento de onda - distância entre dois picos sucessivos H/L - quão proeminente é a onda steepness - razão entre altura e comprimento de onda T - período da onda - intervalo de tempo entre sucessivas ondas passando em um ponto fixo f, ω - frequência - número de picos ou número de cavados que passa por um ponto fixo por segundo

5 (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 5

6 O que são ondas?: Conceito de ondas - (Open University, 1989) Onda: pertubação ou distúrbio - transmitidos através do vácuo ou meio gasoso, ĺıquido ou sólido Características uma onda transfere uma pertubação de uma parte do material para outra: queda de uma pedra em um lago - transmitida através do lago pelas ondulações pertubação propaga através do material sem propagação substancial do material por si só: uma bola flutuante ou uma cortiçeramente sobe e desce sobre as ondulações, mas experimenta muito pouco sobre todo o movimento na direção de deslocamento das ondulações Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 6

7 Características... continuação a pertubação é propagada sem qualquer distorção significativa da forma da onda: uma ondulação mostra muito pouca mudança na forma, assim que esta desloca-se através de um lago a pertubação parece se propagar com velocidade constante Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 7

8 O que são ondas?: Conceito de ondas Questão: Se o material por si só não está sendo transportado pela propagação da onda, então o que está sendo transportado? Energia - é transportada através ou pelo material, sem qualquer transporte significativo da matéria por si só. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 8

9 O que são ondas?: Conceito de ondas Questão: Se a energia, e não o material, está sendo transportado, qual é a natureza do movimento observado quando a ondulação cruza o lago? Há dois aspectos à considerar: A progressão das ondas, como já observado. O movimento das partículas de água por si só. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 9

10 (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 10

11 O que são ondas?: Tipos de ondas Ondas progressivas - energia está se deslocando com ou através da superfície material. Ondas estacionárias - soma de duas ondas progressivas de igual dimensão, mas viajando em direções opostas. Ondas de corpo - ondas que viajam com o material - ondas sísmicas; ondas sonoras - variável física que sofre a oscilação é a pressão. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 11

12 O que são ondas?: Tipos de ondas Principal interesse - ondas de superfície ocorrência: (i) interface oceano/atmosfera e (ii) interface entre dois corpos de fluido (i) - ondas de superfície - movimento relativo entre duas camadas de fluido - vento soprando sobre o mar (ii) - ondas internas - duas camadas do oceano de diferentes densidades - ocorre comumente na picnoclina - região de acentuado gradiente de densidade - aumento da densidade com a profundidade Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 12

13 O que são ondas?: Tipos de ondas Questões: As oscilações são mais facilmente estabelecidas em uma interface interna ou na superfície do mar? Quais ondas, de amplitude similar, viajam mais lentamente: ondas de superfície ou ondas internas? Quais ondas são mais importantes no contexto de processos de mistura vertical: ondas de superfície ou ondas internas? Complementar sobre as causas e forças restauradoras das ondas de superfície. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 13

14 O que são ondas?: Tipos de ondas Considerações: As oscilações são mais facilmente estabelecidas em uma interface interna do que na superfície do mar - razão: a diferença de densidade entre duas camadas de água é menor do que entre água e ar - densidade do ar = 1,2 kg/m 3 e densidade da água do mar = 10 3 kg/m 3 (ordem de grandeza) Consequentemente menos energia é requerida para gerar ondas internas do que ondas de superfície de similar amplitude. Ondas internas viajam mais lentamente que ondas de superfície de similar amplitude. Ondas internas são mais importantes no contexto de processos de mistura vertical, especialmente quando quebram. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 14

15 O que são ondas?: Tipos de ondas Considerações: Causas de ondas de superfície: movimento relativo entre duas camadas de fluido forças externas que pertubam o fluido: gotas de chuva sobre um lago terremotos atração gravitacional do Sol e Lua marés ondas mais longas. Maioria das ondas: resulta de uma pertubação não periódica da água partículas de água são deslocadas de sua posição de equiĺıbrio a força restauradora restabelece o equiĺıbrio. Forma mais simples: apresenta característica senoidal - movimento harmônico simples. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 15

16 O que são ondas?: Tipos de ondas Considerações: Movimento da partícula: no caso das ondas de água, o movimento da partícula resulta da força restauradora atuando sobre um ciclo da onda fornecendo o deslocamento. Tais deslocamentos e restaurações alternados estabelecem um movimento da onda caracteristicamente oscilatório. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 16

17 Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 18

18 O que são ondas?: Tipos de ondas Ondas de Gravidade: Principal interesse em Oceanografia ondas com comprimento de onda maior que 1,7 cm a força restauradora é a gravidade ondas de gravidade Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 18

19 O que são ondas?: Tipos de ondas Ondas Planetárias ou Ondas de Rossby: Nem todas as ondas nos oceanos são deslocadas principalmente em um plano vertical. Por exemplo: atmosfera e oceano estão sobre a Terra em rotação variação da vorticidade planetária com a latitude significa variação na velocidade angular da superfície da Terra e consequentemente no efeito da rotação da Terra sobre movimentos horizontais. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 19

20 O que são ondas?: Tipos de ondas Ondas Planetárias ou Ondas de Rossby: Assim, a variação da vorticidade planetária com a latitude causa deflexão das correntes oceânicas e atmosféricas, e fornece forças restauradoras as quais estabelecem oscilações principalmente no plano horizontal. Tal que aquelas correntes de leste ou de oeste tendem a oscilar ao redor de uma posição de equiĺıbrio. Ocorrência: como ondas de superfície ou como ondas internas. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 20

21 O que são ondas?: Tipos de ondas Ondas Planetárias ou Ondas de Rossby: Importante: Ondas de Rossby não são ondas de gravidade, pois a força restauradora não é a gravidade e sim a variação do parâmetro de Coriolis com a latitude e pela conservação da vorticidade potencial (Π), a qual é dada por: Π = ζ + f h (1) onde: ζ - vorticidade relativa f - parâmetro de Coriolis h - profundidade local Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 21

22 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano - Harold Jeffreys, Modelo de acolhimento/proteção de geração de onda - - linhas cinzas curvas indicam o escoamento do ar; setas pretas curtas mostram o movimento da água. - a face posterior da onda contra a qual ovento sopra experimenta uma pressão mais alta que a face frontal, a qual é protegida da força do vento. Redemoinhos de ar são formados em frente à cada onda, conduzindo à excessos (+) e deficiências (-) de pressão, e a diferença de pressão empurra a onda ao longo da direção de propagação. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 22

23 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano - Harold Jeffreys, Modelo de acolhimento/proteção de geração de onda - (Open University, 1989) - linhas cinzas curvas indicam o escoamento do ar; setas pretas curtas mostram o movimento da água. - a face posterior da onda contra a qual ovento sopra experimenta uma pressão mais alta que a face frontal, a qual é protegida da força do vento. Redemoinhos de ar são formados em frente à cada onda, conduzindo à excessos (+) e deficiências (-) de pressão, e a diferença de pressão empurra a onda ao longo da direção de propagação. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 23

24 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano Ondas geradas pelo vento no oceano: Se duas camadas de fluido de velocidades diferentes entram em contato, há tensão friccional entre estas e há transferência de momentum e energia. A tensão friccional exercida pelo movimento da água é proporcional ao quadrado da velocidade do fluido. Assim, a tensão do vento exercida sobre a superfície da água é proporcional ao quadrado da velocidade do vento. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 24

25 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano Ondas geradas pelo vento no oceano: Na superfície do mar, a maioria da energia transferida resulta em ondas, embora uma pequena proporção é manifestada como correntes de deriva pelo vento. Em resumo, Harold Jeffereys em 1925 sugere que as ondas obtém energia oriunda do vento em virtude das diferenças de pressão causadas pelo efeito de proteção fornecido pelas cristas das ondas. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 25

26 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano Ondas geradas pelo vento no oceano: Falha da hipótese de Jeffreys: não explica formação de ondas muito pequenas Mas, parece funcionar se: 1 - velocidade do vento excede a velocidade da onda. 2 - velocidade do vento excede 1 m/s 3 - as ondas são suficientemente íngremes para fornecer um efeito de proteção. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 26

27 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano Ondas geradas pelo vento no oceano: Empiricamente: o efeito de proteção está em um máximo quando a velocidade do vento é aproximadamente três vezes a velocidade da onda. Em geral, quanto maior a velocidade do vento comparada com a velocidade da onda, mais íngreme é a onda. No Oceano aberto: a maioria das ondas geradas pelo vento apresenta valores de H/L = 0,03 a 0,06 Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 27

28 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano Ondas geradas pelo vento no oceano: Na prática: crescimento da onda cessa enquanto a velocidade da onda apresenta um valor abaixo da velocidade do vento. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 28

29 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano Ondas geradas pelo vento no oceano: Razões: 1 - Parte da energia do vento é transferida para a superfície do oceano via uma força tangencial, produzindo uma corrente de superfície. 2 - Parte da energia do vento é dissipada por fricção e é convertida em calor e som. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 29

30 O que são ondas?: Ondas geradas pelo vento no oceano Ondas geradas pelo vento no oceano: Razões: 3 - Energia proveniente de ondas mais longas é dissipada como um resultado de white-capping - quebra da ponta da crista da onda - pelo fato de estar propagando para frente devido ao vento mais rápido que a própria velocidade em que a onda está viajando. A maioria da energia dissipada durante o white-capping é convertida em quantidade de movimento para impulsionar a própria água para frente, reeforçando a corrente de superfície iniciada pelo processo 1 mencionado anteriormente. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 30

31 O que são ondas?:o oceano completamente desenvolvido O oceano completamente desenvolvido: Ondas em águas profundas - tamanho das ondas é governado por: 1 - velocidade do vento 2 - tempo em que o vento sopra em uma dada velocidade 3 - pista ( fetch ) em que o vento sopra sobre um mar desobstruído Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 31

32 O que são ondas?:o oceano completamente desenvolvido O oceano completamente desenvolvido: Supor: - pista ( fetch ) suficientemente extensa e vento soprando com velocidade constante por um longo período - equiĺıbrio é atingido - significa que a taxa de energia que está sendo dissipada pelas ondas é na mesma taxa de energia fornecida pelo vento. Resultado do estado de equiĺıbrio: estado do mar denominado de mar completamente desenvolvido : o tamanho e as características das ondas não mudam. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 32

33 O que são ondas?:o oceano completamente desenvolvido O oceano completamente desenvolvido: Entretanto, velocidade do vento é usualmente variável... consequentemente, um mar completamente desenvolvido ideal, com ondas de tamanho uniforme, raramente ocorre Na prática: variações na velocidade do vento produzem variações no tamanho da onda Consequência: um mar completamente desenvolvido consiste de um intervalo de tamanhos de onda conhecido como campo de onda Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 33

34 O que são ondas?:o oceano completamente desenvolvido O oceano completamente desenvolvido: Oceanógrafos: é mais conveniente considerar um campo de onda como um espectro de energias da onda. - a energia contida em uma onda individual é proporcional ao quadrado da altura da onda Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 34

35 O que são ondas?:o oceano completamente desenvolvido - Espectro de energia da onda para três oceanos completamente desenvolvidos relacionado as velocidades do vento de 20 nós (10,3 m/s), 30 nós (15,45 m/s) e 40 nós (20,6 m/s). -Área sob a curva é uma medida da energia total naquele campo de onda particular. (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 35

36 O que são ondas?:o oceano completamente desenvolvido -Questão: Examinar o espectro de energia da onda. A energia contida em um campo de onda aumenta ou decresce assim que a frequência média das ondas constituintes aumenta? Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 36

37 O que são ondas?:o oceano completamente desenvolvido Relação entre intensidade do vento, duração, pista ( fetch ), altura e período da onda (Pond & Pickard, 1991 :) itensidade do vento: 5; 15; 25 m/s duração - vento soprando continuamente: 2,5; 22; 16 h pista: 20; 480; 2400 km altura: 0,4; 6,1; 22 m período: 1-6; 5 T 16; 8 T 26 s Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 37

38 Sueli Susana de Godoi (Open University, Ondas no1989) Mar 38 O que são ondas?: Altura da onda e inclinação da onda - Um registro típico de onda: mostra a variação no nível da água deslocamento da posição de equiĺıbrio com o tempo em uma posição. - O registro ilustra o intervalo das alturas de onda ocorrendo em um curto período de tempo em uma localização. - Observar que não há um padrão óbvio para a variação da altura da onda.

39 O que são ondas?: Altura da onda e inclinação da onda Tabela 1: Escala Beaufort (The Open University, 1989) Beaufort Nome Velocidade do Estado da Superfície do Mar Altura das N o Vento(m/s) Ondas(m) 0 Calmaria 0,0-0,2 Mar como um espelho 0 1 Vento muito brando 0,3-0,5 Marolas na água em forma de 0,1-0,2 escamas e sem cristas com espumas 2 Brisa leve 1,6-3,3 Pequenas ondulações, cristas 0,3-0,5 translúcidas, mas não quebram 3 Brisa suave 3,4-5,4 Ondulações maiores, as cristas 0,6-1 começão a quebrar, espuma espalhada 4 Brisa moderada 5,5-7,9 Pequenas ondas se tornando mais 1,5 longas, espuma razoavelmente frequentes 5 Brisa fresca 8,0-10,7 Ondas moderadas tomando formas cada 2 vez mais longas, muita espuma e chances de borrifos 6 Brisa forte 10,8-13,8 Ondas grandes se formando, 3,5 cristas de espuma branca se espalham por todos os lados e grande probabilidade de borrifos 7 Vento moderado 13,9-17,1 Mar revolto, espuma branca de 5 arrebentação, o vento arranca lavios de espuma 8 Vento fresco 17,2-20,7 Ondas razoavelmente altas e com grande 7,5 comprimento, faixas com espuma branca, fraca arrebentação 9 Vento forte 20,8-24,4 Ondas altas, faixa de espuma densa, 9,5 borrifos começão a atrapalhar a visibilidade 10 Vento muito forte 24,5-28,4 Ondas muito altas, o vento 12 arranca faixas de espuma, a superfície do mar fica branca; a visibilidade é afetada 11 Tempestade 28,5-32,7 Ondas excepcionalmente altas, o mar está 15 coberto por longas faixas de espuma, navios de pequeno e médio porte somem no cavado das ondas, visibilidade bastante afetada 12 Furacão 32,7 Ar repleto de espuma e borrifos, 15 mar completamente branco e borrifos, visibilidade bastante reduzida Adaptado por Biló (2009) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 39

40 O que são ondas?: Altura da onda e inclinação da onda Escala Beaufort: Relação entre velocidade do vento, estado do mar e altura significativa (H 1/3 ) - altura média de 1/3 das mais altas ondas que ocorrem em um particular período de tempo. Uso da Escala Beaufort: estimar a velocidade do vento no mar Validade da Escala Beaufort: somente para ondas geradas no interior de um sistema de vento local e supõe-se um tempo suficientemente longo para que o mar completamente desenvolvido se torne estabelecido. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 40

41 Formas das Ondas: movimento das partículas na água Movimento das partículas: água profunda - água rasa - ondas internas (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 41

42 Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 42

43 Formas das Ondas: movimento das partículas na água Movimento das partículas: ondas em águas profundas - mostrando deriva Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 43

44 Dispersão da Onda e Velocidade de Grupo A união de dois trens de ondas: comprimentos de onda ligeiramente diferentes e mesma amplitude (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 44

45 Dispersão da Onda e Velocidade de Grupo A relação entre a velocidade de fase e a velocidade de grupo (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 45

46 Energia da Onda A energia de uma onda - duas formas: 1- energia cinética, que é a energia inerente no movimento orbital das partículas de água; e 2- energia potencial, que é possuída pelas partículas quando essas se deslocam de sua posição média A energia total (E) por unidade de área de uma onda dada por: E = 1/8(ρgH 2 ), (2) onde: ρ é a densidade da água ; H é a altura da onda e E (J/m 2 ) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 46

47 Energia da Onda A energia de uma onda - Swell (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 47

48 Energia da Onda A energia de uma onda - espectros de enegia da onda área de geração e área distante da geração (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 48

49 Energia da Onda Atenuação da energia da onda: atenuação envolve perda ou dissipação da energia da onda, resultando na redução da altura da onda. A energia é dissipada de quatro principais formas: Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 49

50 Energia da Onda Quebra de ondas - envolve transferência de energia da onda para energia cinética do movimento da água, reforçando assim a corrente de deriva pelo vento. Atenuação viscosa - importante somente para as ondas capilares de frequência muito altas, e envolve dissipação de energia em calor pela frição entre as moléculas de água. Resistência do ar - aplica para ondas mais íngremes imediatamente após essas terem deixado a área, na qual foram geradas, e se propagam para regiões calmas ou de ventos contrários. Interação onda-onda - não linear - é mais complicada que a combinação simples (linear) de frequências para produzir grupos de ondas. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 50

51 Energia da Onda Refração da onda Ondas em águas rasas podem ser refratadas. Variações na profundidade causam variações na velocidade de diferentes partes da crista da onda. Consequência: a crista da onda orienta-se paralela aos contornos de fundo - um fenômeno conhecido como refração. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 51

52 Energia da Onda Refração da onda crista de uma onda linear idealizada - comprimento S 1 entre A e B aproximando da linha de praia em um ângulo (θ) ondas viajam em águas rasas - c = gd a profundidade (d) em A excede a profundidade em B consequência: a onda em A viajará mais rápido que a onda em B a crista da onda tende a se alinhar paralelo aos contornos de profundidade - fenômeno da refração (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 52

53 Energia da Onda Refração da onda: quantificação refração de ondas em águas rasas pode ser descrita por relação similar Lei de Snell: - descreve a refração dos raios de luz através de materiais de diferentes índices de refração raios podem ser traçados perpendiculares às cristas da onda, indicando a direção do movimento da onda os ângulos entre esses raios de onda e linhas traçadas perpendiculares aos contornos de profundidade podem ser relacionados com velocidades da onda em várias profundidades. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 53

54 Energia da Onda Refração da onda: quantificação observar no esquema: um raio de onda aproxima-se de águas rasas em um ângulo (θ 1 ), onde a profundidade é (d 1 ), e ficará em um ângulo (θ 2 ) quando atingir a profundidade (d 2 ). ângulos (θ 1 ) e (θ 2 ) estão relacionadas pela velocidade da onda por: sinθ 1 = c 1 (gd1 ) = sinθ 2 c 2 (gd2 ) = d1 d1 = (3) d 2 d 2 c 1 e c 2 são as respectivas profundidades em d 1 e d 2 Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 54

55 Energia da Onda Refração da onda: quantificação observar no esquema: por simplicidade S 2 tem o mesmo comprimento que S 1 entretanto, é comum raios de onda convergir ou divergir diagramas de refração de ondas podem ser elaborados para uma região usando: a onda de período mais comum e a direção mais comum de aproximação, e áreas nas quais os raios estão focalizados ou não possam ser identificadas. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 55

56 Energia da Onda Ondas aproximando da praia observar esquema no plano horizontal: mostra o comprimento de uma crista de onda, S, aproximando de uma praia a crista da onda passa de uma profundidade maior d 1 para uma profundidade menor d 2 em águas rasas: energia da onda e o quadrado da altura da onda são inversamente proporcionais à velocidade de fase Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 56

57 Energia da Onda Ondas aproximando da costa observar esquema - perfil vertical de uma linha de costa altamente simplificada (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 57

58 Energia da Onda Ondas quebrando sobre a costa observar esquemas - 4 tipos de arrebentação e relação com: inclinação da praia; período, comprimento, altura e declividade da onda Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 58

59 Energia da Onda Ondas quebrando sobre a costa Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 59

60 Energia da Onda Ondas quebrando sobre a costa os quatro tipos formam uma série contínua de arrebentação: 1 spilling - efervescente - em derrame - forma um extremo da série característica de praias rasas e ondas escarpadas curtos períodos e grandes amplitudes 2 pluging - em espiral - em tubo - intermediária 3 collapsing - colapsante - intermediária 4 surging - em vagalhão - oscilante - forma outro extremo da série característica de praias íngremes e de ondas com longos períodos e pequenas amplitudes Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 60

61 Ondas de características raras Ondas de características raras ondas raras: resultam de uma série de combinações 1 combinação de frequências da onda 2 efeito restritivo de massas de terra adjacente 3 interação entre ondas e correntes oceânicas 4 terremoto submarino Importante: efeitos destrutivos de ondas anormais de ampla extensão são bem conhecidos Previsão: quando e onde vão ocorrer são de extrema importância para quem vive em região litorânea ou trabalha sobre o mar. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 61

62 Ondas de características raras Ondas e Correntes Supor: barco velejando para fora ou para o interior de um estuário em certos estados de maré as ondas tornam-se anormalmente grandes e desconfortáveis tais ondas extensas estão associadas com a propagação de ondas contra a maré enchente Considerando que: a força de corrente de maré varia com a posição e com o tempo ondas propagando-se para o interior do estuário, durante uma maré enchente, frequentemente avançam para o interior como contra-correntes progressivamente mais fortes. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 62

63 Ondas de características raras Ondas e Correntes Considere: simples sistema de ondas profundas deslocando-se de uma região (A) para uma região (B), onde há uma corrente fluindo paralela à direção da propagação da onda. imagine dois pontos, um na região A e um na região B, cada qual fixo com relação ao leito do mar o número de ondas passando em cada ponto em um dado tempo necessita ser o mesmo ondas não podem nem serem geradas e nem desaparecerem entre os dois pontos Em outras palavras: o período da onda deve ser o mesmo em cada ponto. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 63

64 Ondas de características raras Ondas e Correntes Questão: Como o comprimento de onda e altura da onda são afetados se a corrente está fluindo (a) com ou (b) contra a direção de propagação da onda? (a) Verificar que, uma corrente fluindo com as ondas terá o efeito de: aumentar a velocidade das ondas, pois o período (T) deve permanecer constante; consequentemente, as ondas devem ser mais longas e como a taxa de transferência de energia deve permanecer constante, então a velocidade de fase das ondas aumenta e a altura das ondas decresce. (b) Inversamente, se a corrente escoa contra a direção de propagação da onda, então, o comprimento de onda decresce e as ondas tornam-se mais curtas e maiores. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 64

65 Ondas de características raras Ondas Gigantes Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 65

66 Ondas de características raras Ondas Gigantes Considere os esquemas para ondas gigantes (Open University, 1989) (a) ondas gigantes têm sido observadas na vizinhança da Corrente das Agulhas (área sombreada em vermelho) setas em azul escuro mostram a direção da corrente setas em azul claro indicam a direção do movimento da onda Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 66

67 Ondas de características raras Ondas Gigantes Considere os esquemas para ondas gigantes (b) Diagrama para ilustrar como a energia da onda poderia ser focalizada pelo cisalhamento lateral na contra-corrente. O comprimento das setas, em azul escuro, são proporcionais à velocidade da corrente, linhas sólidas curvas são cristas da onda setas tracejadas curvadas são raios da onda, a extremidade pontilhada indica como as ondas poderiam ficar aprisionadas com a corrente se as condições fossem adequadas Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 67

68 Ondas de características raras Tsunamis ( Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 68

69 Ondas de características raras Tsunamis Tsunamis - palavra japonesa para designar ondas no oceano de comprimento de onda muito longa da ordem de centenas de quilômetros. causa: abalo sísmico ou por deslizamento de massas de sedimento submarino devido à instabilidade gravitacional embora comumente confundida com ondas de marés, tsunamis não são causadas por influência de marés. Questão: qual seria a velocidade de um tsunamis cruzando o oceano aberto acima de um plano abissal? (assumir que a profundidade média é 5,5 km.) Dica: comparar o comprimento de onda do tsunamis com a profundidade do oceano Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 69

70 Seiches Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 70

71 Ondas de características raras Seiches Observar nos esquemas (Open University, 1989): (a) uma simples onda estacionária (b) um quarto de comprimento de uma onda estacionária em um pequeno porto (c) o perigo resultante de um seiche Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 70

72 Ondas de características raras Seiches Seiche - onda estacionária, a qual pode ser considerada como a soma de duas ondas progressivas propagando-se em direções opostas. lembrando: considera-se ondas progressivas aquelas em que a energia está se deslocando através, ou cruzando a superfície material. seiches podem ocorrer em lagos, baías, estuários ou portos, os quais fazem conexão com mar em uma das extremidades. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 71

73 Medidas de Ondas Ondógrafos Sensores Remotos altímetro radar de abertura sintética scaterômetro fotografia aérea Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 72

74 Medidas de Ondas Ondógrafos Exemplo: MIDAS DWR - Valeport Registrador de Onda Direcional Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 73

75 Medidas de Ondas Sensores Remotos radar de abertura sintética (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 74

76 Medidas de Ondas Sensores Remotos imagem obtida de radar de abertura sintética (Open University, 1989) padrão de um swell ao redor da Ilha Foula, localizada à 70 km à Noroeste da Ilhota Fair no Atlântico Nordeste - área 30 km x 19 km. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 75

77 Medidas de Ondas Sensores Remotos fotografia aérea (Open University, 1989) Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 76

78 Medidas de Ondas Sensores Remotos fotografia aérea (Open University, 1989) foto à esquerda - ondas internas no Mar do Sul da China - quatro pacotes de onda são visíveis foto à direita - ondas internas geradas por marés, propagando para o interior do Mediterrâneo, provenientes do Estreito de Gibraltar. As ondas internas, as quais têm amplitudes da ordem de 15 m, são visíveis devido às variações na rugosidade da superfície do mar. área = 74 km x 74 km Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 77

79 Referências Bibliográficas Pond, S. and Pickard, G.L., 1991: Introductory Dynamical Oceanography. Pergamon Press, 329p. The Open University, 1989: Waves, Tides and Shallow Water Process. Pergamon Press Press, 187 p. Sueli Susana de Godoi Ondas no Mar 78