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  • 8/7/2019 Ondas Aula1

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    ONDAS

    O que so ondas e como elas funcionam Tipos de ondas

    Parmetros que descrevem uma onda

    Disperso e grupos de ondas Ondas curtas

    -Descrio estatstica-Modelagem numrica

    -Sensoriamento remoto Ondas longas

    - Tsunamis- Seiches e Ondas internas

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    Definio Geral:

    Distrbio que se propaga espao-tempo (meios materiais ou no) Transferncia de energia

    1. ELETROMAGNTICAS importante no estudo do SENSORIAMENTO REMOTO

    2. MECNICAS Deformaes peridicas nas interfaces ocenicas (ar-oceano/entre massas dgua de densidades diferentes)

    Propagao da deformaes: velocidade de onda

    Partculas: descrevem movimentos oscilatrios (em mdia na mesma posio)

    guas Profundas (circular): decaimento exp. do dimetro com a profundidade

    guas rasas (elptica): achatamento prximo ao fundo

    at atingir o mov. frente trs.

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    Drift da onda: rbitas no sototalmente circulares avanam

    levemente na crista mais queretraem na cava resulta umpequeno movimento progressivo

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    TIPOS DE ONDA De acordo com a fora restauradora (equilbrio)

    Capilares: tenso superficial

    Gravidade: foras gravitacional

    Planetrias (ondas de Rossby):o mecanismo de restaurao o

    gradiente latitudinal da fora de Coriolis.Poincar: ondas de gravidade influenciadas por Coriolis

    De acordo com a fora geradora (ordem crescente de comprimento de onda)Foras Meteorolgicas (ventos e presso atmosfrica): ondas comuns em praia e o

    swell.Terremotos: geram os tsunamis (ondas de gua rasa ou de ondas longas).Mars (Foras gravitacionais dos astros: ondas de gua rasa ou longas.

    Espectros de frequncia Capilaridade

    Gravidade Longo perodoMars Transtidais (T > 24 hr)

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    PARMETROS DA ONDAAs ondas de nos referimos so ondas progressivas, ou seja, ondas que propagam por um meio

    elstico na forma de cristas e cavados, diferentemente das ondas estacionrias, as quais noapresentam propagao de cristas. Os parmetros que descrevem essas ondas so:

    Conceito: Oscilao harmnicaComprimento De Onda (): distancia entre 2 ptos iguais(m)

    Perodo(T)= tempo decorrido da passagem de 2 cristas (s)Amplitude(A)= metade da distancia vert. entre crista ecava (m)Altura(H)= 2*A (m)Frequncia (f): 1/T (1/s ou Hz)Frequncia angular () = 2/T ou 2f (rad/s)Inclinao ()= H / (m)Fase ()= estgio onde a onda se encontraNmero de onda (k)= 2/ (1/m)Vetor onda (K)= nmero de onda no espaoK= ki + lj (i,j= versores/k , l = componentes de K nasdirees x e y)Profundidade (h): m

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    Velocidade de propagao (c)= velocidade que uma crista se propaga(m/s). c = /T

    c= 2 / k / 2/

    c = / k

    |___________________|______________|_________________0 < < 2h < < 20h <

    ondas de gua profunda ondas de transio ondas de gua rasa

    ou ondas curtas ou ondas longas

    guas Intermedirias (>>H ou : tanh(2h/ ) ~ 1

    Ondas de gua profunda se tornam de guas rasas quando:

    >2h

    As mudanas nas propriedades das ondas, entretanto ocorrem antes disso, quando = 20h.

    Diferena entre onda de gua profunda e rasa: razo /h

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    Ex: ondas produzidas por uma tempestade (vento)

    distante. Na poro profunda em oceano aberto, essasondas viajam como ondas de gua profunda; cdepende de P. Assim, as ondas longas viajam maisrapidamente e chegam a maiores distncias antes. Elasso sentidas como ondulao (ou "swell"). Quando Pse aproxima da costa, a h diminui e muda para ondasde guas rasas. Como conseqncia, a velocidade daonda c diminui conforme a profundidade diminui e asondas se inclinam para dentro; a frente da onda se

    torna progressivamente mais paralela a linha de costa.

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    Grupo ou pacotes de ondas: mais importante que estudar a ondaindividualmente. No oceano, so geradas ondas de diversos e ocorrem

    simultaneamente. Porm, ondas de e semelhantes se sobrepeformando pacotes de ondas com forma senoidal (crista e cavado).

    TREM DE ONDAS

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    Apesar das partculas das ondas permanecerem na mesma posio EM MDIA, asondas transportam energia em pacotes. A energia se propaga na mesma velocidade

    que a sries (cg) ; podendo se mover + rpido, + devagar ou com velocidades iguais as

    cristas individuais (c). DISPERSO

    Dispersivas (Normal)

    Na disperso normal, c aumenta com , i.e. as cristas das ondas mais longas viajammais rpido do que as cristas das ondas mais curtas. cg < c, i.e., a energia viaja mais

    lentamente que as cristas das ondas, separando-se ao longo do tempo. Ex: ondas degravidade como o swell.

    Ondas no dispersivas

    Aqui, cg = c, i.e., todas as cristas viajam com a mesma velocidade, e a energia tambmse propaga com a mesma velocidade.

    Disperso Anmala

    Isso acontece quando cg > c. As ondas capilares so um exemplo. A energia sepropaga mais rpido que as cristas das ondas, e as ondas curtas viajam mais rpidoque as ondas longas.

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    ONDAS CURTAS (ondas de gua profunda)

    geradas pelo vento, possui comprimento pequeno em relao a profundidade: vagas (sea): vento local ondulaes (swell): campo de ventos distantes

    O efeito do vento depende da distncia na qual o vento pode soprar sem obstculos at oponto que est sendo observado. Essa distncia conhecida como pista ("fetch"). A presenada costa limita a pista para ventos que sopram em direo ao oceano. Em mar aberto a pista geralmente definida pelo tamanho do sistema de tempo (ou instabilidade) que produz ovento.

    2 Fator determinante: tempo que o vento sopra sem interrupo em uma dada fora. Parauma dada velocidade de vento, leva um certo tempo para que as ondas se formem e cresamat chegar a um estado de equilbrio dinmico. O tempo para se chegar nessa equilbrio (apartir do qual as ondas so incapazes de crescer) conhecida como durao do vento.

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    ONDGRAFO

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    DESCRIO ESTATSTICA DAS ONDAS

    Em qualquer instante de tempo, o estado do mar nunca apresenta uma oscilao

    harmnica nica, mas um processo catico. Descrever as condies da onda emquantidades estatsticas mensurveis. Dois procedimentos so usados:

    1) A determinao de parmetros de onda significativos (descries no domnio dotempo)

    2) Determinao do espectro da onda (descrio no domnio da freqncia).

    Um mar totalmente desenvolvido aquele que tanto a pista quanto a durao dovento no so mais fatores limitantes (i.e., no ocorre mais crescimento da ondas),

    j que as perdas de momento e energia atravs das ondas quebrando esto embalano com as entradas pelo vento.

    *(1 n(knot) = 1 milha nutica (1,852 km) por hora ou aproximadamente 1,8 km/h

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    Para muitas aplicaes marinhas (rotas de navios ou desenhos de plataformas) necessrio prever apenas as ondas mais altas. A quantia altura significativa da onda foi

    introduzida. Definida como a mdia do 1/3 ou 1/10 da ondas mais altas para umperodo de observao. (H1/3 + comum que H1/10). De observaes, as ondas mais altaspossveis Hmax se relaciona as alturas significativas de onda por:

    Vento localVento remoto

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    As relaes entre as maiores ondas e as alturas significativas indicam que o estado domar possui certas propriedades estatsticas. Uma descrio estatstica baseada na

    representatividade do campo de ondas atravs de um espectro de energia.

    Para uma dada freqncia, a energia da onda proporcional ao quadrado da amplitude.

    Espectro de energia= mostra a energia da onda em funo de sua freqncia.

    Espectro monocromtico:onda harmnica simples Todas a frequncias eP. Concentra na energia, no naforma da superfcie do oceano. Distribuio aleatria da

    energia (normal ou Gaussiana)

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    Em condies ocenicas normais, a energia no aleatoriamente distribuda,mas tende a decair rpido (em forma de cascata) das ondas com os menorescomprimentos de onda possveis misturadas pelo vento at os comprimentos

    de onda maiores. Como resultado, o formato do espectro de ondas ocenicodepende fortemente da velocidade do vento.

    Distribuio normal:O espectro tende a ter uma distribuionormal apenas durante ventos fracos;

    conforme a velocidade aumenta, as ondasde menor perodo esto ainda presentes,mas a maior parte da energia encontrada em ondas de maior perodo. Oespectro ento decai rapidamente emperodos maiores; ele "desviado" emdireo aos perodos mais longos.

    O Decaimento final da onda: quebra na praia- velocidade da partcula se torna maiordo que a velocidade de fase (onda individual). Nesse estgio, as ondas transportamenergia e massa para a praia. Enquanto muita da energia dissipada noretrabalhamento fsico das praias, a massa de gua que chega tem que retornar aomar. Isso ocorre em intervalos regulares ao longo da praia nas chamadas correntes de

    retorno, um movimento forte de gua em direo ao mar junto ao fundo.

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    MODELAGEM NUMRICA

    -escala global (espaamento de 1 grau): WAVEWATCH III (NOOA)-escala regional)(0,1 grau): SWAN, TOMAWAC (Locfis)

    Auxilia no estudo da climatologia de ondas

    Previso. Necessita de instrumentos demedio (ondgrafos) para poder ser validado.

    Descreve o esforo de representar o estado do mar e prever a evoluo da energiadas ondas utilizando tcnicas numricas.

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    SENSORIAMENTO REMOTO

    Para estudar as ondas,

    necessrio um sensor queidentifique as rugosidades nasuperfcie do mar. Essas elevaesso sentidas atravs desensores ativos R.A.D.A.R (RadioDetection And Ranging) e

    conseguem calcular o perodo edireo das ondas.

    Sensor SAR (Radar de Abertura-sinttica)

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    ONDAS LONGAS (ondas de guas rasas)

    Comprimento grande comparados a profundidade local

    Tsunamis: grande volume de gua deslocado.(terremotos, erupes vulcnicas)Seiches : onda estacionria em um corpo de gua fechado ou semi-fechado (lagos,baas, mares) causados pela ressonncia no corpo. extremamente longos. Efeitocausado por distrbios atribudos a 1 ou + fatores (vento e variao da p. atmosfrica).Mov. Harmnico vertical resulta num impulso que viaja o comprimento da bacia,onde c depende de h. A ordem deles depende do nmero de ns.

    Ondas planetrias (Rossby): originadas pela forma e rotao da terra, deslocando-sesempre de leste para oeste (altmetro) .Ondas de Kelvin (no-dispersiva): caso especial de onda de gravidade longa. Aprisionada

    na costa. No influenciada pela rotao, mas est em equilbrio geostrfico. Ex: marsque se propagam na costa na forma de ondas de Kelvin.Ondas internas: Ondas se propagando na interface de 2 fluidos com densidadesdiferentes.

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