A propagação das ondas marítimas e dos tsunami

Transcrição

1 A propagação das ondas marítimas e dos tsunami Prof. Fernando Lang da Silveira Instituto de Física da UFRGS

2 Tsunami onda(s) de porto em japonês - é uma palavra que designa ondas geradas em oceanos, mares, baías, lagos, a partir ou de movimentos sísmicos, ou de vulcanismo, ou de deslizamento de terra submarino, ou de impacto de meteorito, ou até de fenômenos meteorológicos.

3 Em japonês a palavra a palavra tsunami é a mesma tanto no singular quanto no plural. Por isto optamos por usar sempre tsunami, sem a letra s no final, mesmo quando nos referimos a mais de uma onda. O tsunami ou A tsunami?

4 O que distingue os tsunami de outras ondas na superfície da água são os períodos das oscilações da água. Enquanto em uma onda marítima normal podem ocorrer períodos de até algumas dezenas de segundos, em um tsunami este tempo atinge alguns minutos ou até meia-hora.

5 Quanto maior é o período (ou menor é a frequência) de uma onda, tanto maior é comprimento de onda. comprimento de onda.

6 Enquanto as ondas marítimas normais podem ter comprimento de onda de até algumas centenas de metros, os tsunami são ondas gigantes, que em alto-mar possuem entre 10 km e 500 km de comprimento de onda.

7 Desta forma, tsunami são ondas gigante em comprimento de onda ou em período quando comparados com ondas marítimas convencionais. Podem também ser (não necessariamente o são!) ondas gigantes em amplitude quando atingem regiões costeiras, onde a espessura da lâmina d água é de apenas alguns metros.

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9 Tsunami chegando a uma praia em 2004

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13 Figura da web mostrando uma situação não ocorrida!!

14 Onda gigante em AMPLITUDE mas não se constitui em um tsunami pois o período é da ordem de dezena de segundos!

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16 Existem mais de registros históricos sobre tsunami de maio de 1782 um tsunami vitimou cerca de pessoas em Taiwan de agosto de 1882, como conseqüência da grande erupção do vulcão Krakatoa na Indonésia, um tsunami matou pessoas de junho de 1896, em Sanriku no Japão, um tsunami com cerca de 30 m de altura matou pessoas, feriu pessoas, destruindo casas.

17 Somente na região do Oceano Pacífico foram registrados mais de tsunami nos últimos vinte séculos, sendo que os quinze mais terríveis (anteriores a 26 de dezembro de 2004) produziram aproximadamente mortes.

18 Um dos primeiros registros de tsunami remonta ao século XIV a.c. quando a cidade de Knossos, capital de Creta, teria sido destruída por uma onda gigante originada da erupção do vulcão de Santorini no Mar Egeu. Evidências geológicas de tsunami em épocas remotas são encontradas em diversas regiões da Terra, inclusive de um super-tsunami, possivelmente originado por impacto de um grande asteróide.

19 Um dos raros tsunami no Oceano Atlântico aconteceu em 1 o de novembro de 1755, quando Lisboa foi destruída por um terremoto. Cerca de 50 min após o tremor que devastou a cidade, as águas no porto baixaram e, alguns minutos depois, uma onda com 15 m de altura atingiu as docas e a cidade, matando inúmeros sobreviventes do terremoto.

20 wikipedia

21 Depoimento do brasileiro João Sombra, que estava com seu barco em um ancoradouro em Phuket (Tailândia) no dia 26/12/04: A grande baía de acesso ao estaleiro começou a secar de forma espantosa; os peixes pulavam no seco. (...) Isso durou cerca de 20 minutos e de repente no horizonte algo começou a crescer. Uma grande onda principiava. Era algo monstruoso!

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28 O maior tsunami já registrado ocorreu no Alasca, em 9 de julho de 1958, quando 90 milhões de toneladas de rocha e gelo desabaram dentro de uma baía Lituya Bay após um terremoto, gerando uma onda com cerca de 25 m de amplitude, elevando a água até 524 m quinhentos e vinte e quatro metros no outro lado da baía (a altura foi avaliada pelas marcas na floresta das montanhas que circundam a baía). O barco de 12 m de um casal de navegadores foi apanhado pela onda, surfou durante alguns minutos, e, finalmente, foi deixado ileso. Os navegadores relataram que durante a surfagem viam, abaixo deles (!!), as árvores da floresta que circundava a baía.

29 31 milhões m 3 de rocha desabaram da altura de 900 m para dentro da baía gerando um enorme tsunami

30 Em Arica, em 13/12/1868, na costa do Peru (hoje Chile), um tsunami com cerca de 5 m de amplitude apanhou dois navios-de-guerra, um americano e outro peruano, e os transportou por 5 km, deixandoos a 3 km para dentro do continente.

31 As ondas marítimas são ondas mecânicas que transportam energia cinética e energia potencial gravitacional, por isto denominadas ondas de gravidade.

32 Ondas mecânicas transportam energia mecânica, isto é, energia cinética e energia potencial. Ondas elásticas - transportam energia potencial elástica. Ondas de gravidade (gravity waves) - transportam energia potencial gravitacional.

33 Durante a propagação das ondas marítimas, as partículas do líquido oscilam. É facilmente perceptível a oscilação da água na direção do campo gravitacional, perpendicularmente à direção de propagação da onda. Entretanto também ocorre uma oscilação das partículas do líquido na própria direção de propagação da onda.

34 As ondas marítimas possuem uma componente oscilatória transversal (na direção do campo gravitacional) e uma componente oscilatória longitudinal (na direção de propagação), determinando que uma partícula do meio descreva uma elipse (ou em um caso particular, uma circunferência) enquanto a onda marítima passa por ela.

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36 Representação de uma onda marítima com amplitude de 2 m e comprimento de onda de 70 m, se propagando em uma lâmina d água com espessura de 5 m 2,8 m/s 7 m/s 70 m Na superfície a trajetória das partículas de água são elipses com eixo vertical de 4 m e eixo horizontal de 9 m (escalas diferentes na figura para os dois eixos!).

37 Se o comprimento de onda λ é menor do que o dobro da espessura da lâmina de água d a trajetória das partículas de água são circunferências, cujo raio decai exponencialmente com a profundidade.

38 Velocidade de propagação das ondas marítimas O mar é sempre raso para um tsunami devido ao seu grande comprimento de onda!!

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40 Se o período de um tsunami é 15 min - comprimento de onda de aproximadamente 200 km em alto-mar -, e ele tem uma amplitude transversal máxima de 1m, sua amplitude longitudinal em alto-mar é cerca de 6,5 m. Dessa forma a velocidade de propagação do tsunami é cerca de 800 km/h mas a água oscila, atingindo velocidades máximas de apenas 5 cm/s!! As acelerações da água não ultrapassam em altomar 0,5 mm/s 2!!

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47 Medidas a cada minuto ou até 20 s Medidas a cada 15 min

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49 O tsunami que devastou Sanriku em 1896 passou completamente desapercebido para os pescadores que se encontravam a alguns quilômetros da costa, navegando em frágeis embarcações; na manhã seguinte, quando retornaram para casa, ficaram estupefatos com a destruição verificada.

50 A energia mecânica E que se encontra ao longo de um comprimento de onda λ em uma onda com frente de onda com extensão z, é diretamente proporcional ao quadrado da amplitude da componente transversal máxima da onda H, ao comprimento de onda λ e à extensão da frente de onda z, como segue:

51 Um tsunami com amplitude transversal de 1 m e comprimento de onda de 200 km transporta, ao longo do seu comprimento de onda, a energia mecânica 1 GJ (!!) e uma potência média 1 Mw por metro de sua frente de onda.

52 Quando um tsunami se aproxima da costa, como a espessura d da lâmina d água diminui, a velocidade de propagação diminui, encurtando proporcionalmente o comprimento de onda. Como a energia mecânica é conservada, o encolhimento do comprimento de onda implica no crescimento da amplitude do tsunami.

53 Lei de Green: H 2 d 1 0,25 H 1 d 2 H 2 e H 1 são as amplitudes transversais máximas respectivamente onde a lâmina de água tem espessura d 2 e d 1.

54 Um tsunami que passa do alto-mar, onde tinha 1 m de amplitude transversal máxima e onde a espessura da lâmina d água era cerca de m, para uma região próxima à costa, onde a espessura da lâmina d água se reduziu a 20 m, atingirá aí a amplitude transversal máxima de cerca de 4 m, conforme se calcula facilmente pela Lei de Green: H , ,98 m

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56 O crescimento da amplitude, concomitante com o encurtamento do comprimento de onda, torna-se cada vez mais acentuado à medida que o tsunami se aproxima da costa. Somente quando o tsunami atinge regiões onde a lâmina d água tem pequena espessura é que acontece o seu agigantamento da amplitude.

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58 Condição para a rebentação de uma onda O parâmetro de rebentação da onda B r é uma função que depende de um fator geométrico k relacionado com o leito do oceano, além de depender da amplitude transversal máxima H e do período T da própria onda. Uma grandeza adimensional, denominada parâmetro de rebentação da onda B r, é definido por : T H Br 2 e a condição B r > 1 indica rebentação da onda. g k

59 Quando menor a amplitude transversal máxima, tanto mais próxima da costa a onda rebenta! T H Br 2 g k

60 Quando maior o período, tanto mais próxima da costa a onda rebenta! T H Br 2 g k

61 Efeito de parede d água Devido ao grande período das oscilações associadas a um tsunami, pode acontecer que a onda atinja a praia sem rebentar.

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63 Em alto-mar as ondas marítimas podem se propagar (e se propagam) em direções variadas. Porque as ondas marítimas atingem as praias em direções praticamente perpendiculares à linha da costa?

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66 Tsunami gerados na costa oeste das Américas propendem para o longínquo Japão através de efeitos de refração, tendo as suas energias concentradas no litoral japonês. Por sua vez, o Tahiti está protegido contra a chegada de grandes tsunami porque o relevo do fundo do oceano desconcentra a energia de seu litoral.