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Le Onde

 
 

Le Onde

  Le onde di oceani, mari e laghi sono principalmente generate dall'effetto del vento che soffia sulla superficie dell'acqua.

Schema dei principali elementi caratteristici di un'onda.

Un'onda e' caratterizzata dalle seguenti proprieta':

  • Cresta E' la parte piu' alta dell'onda
  • Cavo E' la parte piu' bassa dell'onda
  • Lunghezza (L) E' la distanza orizzontale tra due creste o cavi successivi
  • Altezza (H) E' la distanza verticale tra la cresta ed il cavo
  • Pendenza E' il rapporto H/L
Tra l'altezza H di un'onda e la sua lunghezza L, normalmente non viene superato il rapporto 1:7.

Il tempo che intercorre tra il passaggio di due creste consecutive, rispetto ad un osservatore fisso, e' chiamato periodo T dell'onda.

In base alle osservazioni, la maggior parte delle onde ha una lunghezza compresa tra 30 e 200 metri, con un periodo compreso tra i 4 e i 15 secondi, una velocita' di 10-15 metri al secondo. Raramente superano i 10 metri di altezza, anche se onde oceaniche eccezionalmente possono arrivare a 20 metri e gli tsunami a 30 metri.

Nonostante l'apparenza, le onde non traspostano materia ma solo energia; osservando un'onda sembra che l'acqua si stia spostando, in realta' le molecole d'acqua rimangono pressoche' ferme, compiendo solo piccole rotazioni intorno alla loro posizione di equilibrio, e' l'energia invece che si sposta.

Per le onde di acqua profonda, cioe' per quelle onde aventi una semilunghezza minore della profondita' del fondale, valgono le seguenti relazioni:

L = 1.5 * T^2

v = 1.5 * T

v = 1.2 * sqrt(L)

La terza relazione e' particolarmente importante perche' dice che la velocita' dell'onda cresce al crescere della sua lunghezza d'onda, pertanto potrebbe accadere che la sua velocita' divenga superiore a quella del vento che l'ha generata, e di conseguenza arrivare prima.

Per le onde di acqua bassa, cioe' quando il fondale e' meno profondo della semilunghezza d'onda, la velocita' e' indipendente dalla lunghezza d'onda e proporzionale alla radice della profondita':

v = 3.1 * sqrt (D)

I fondali rivestono un'importanza fondamentale nella formazione e trasmissione delle onde.

In prossimita' delle coste, quando lo spessore della massa d'acqua diventa inferiore alla meta' della lunghezza d'onda, le orbite circolari di superficie si deformano progressivamente con la profondita', diventando ellittiche e sempre piu' schiacciate, fino a che vicino al fondo le particelle si muovono parallelamente ad esso con moto rettilineo alternato.

Onde in avvicinamento alle coste.

In generale nei bassi fondali, la velocita' di propagazione delle onde dipende dalla profondita' del fondale. Cosi' un'onda che scorre in acque via via piu' basse, diminiusce la velocita' v a causa dell'attrito con il fondo e di conseguenza la lunghezza d'onda L. Aumenta quindi la pendenza H/L, l'onda diventa piu' stretta e quando l'angolo racchiuso dal profilo di una cresta raggiunge i 120 gradi l'onda si rompe. In prossimita' della riva questo accade quando la profondita' del fondale e' inferiore a una volta e mezzo l'altezza dell'onda. Cosi' un'onda alta 1 metro iniziera' a rompersi quando il fondale si trova a meno di un metro e mezzo di profondita'.

Il motivo della rottura e' da ricercare in una sostanziale instabilita' dell'onda stessa; e' come se venisse a mancare un solido sostegno di base che tenga in piedi l'onda. Ecco allora che la parte alta della cresta, piu' veloce rispetto alla base rallentata dal fondale, crolla nella parte frontale dell'onda, collassando rovinosamente e dissipando la sua energia. Tale energia, la cui origine e' da ricercarsi nel vento che ha generato l'onda e che ha viaggiato per centinaia di miglia. Nel momento in cui l'onda si rompe, tutta l'energia viene rilasciata bruscamente, con una forza che puo' raggiungere per le onde piu' grandi anche le 30 tonnellate per metro quadrato.


Profili di onde che s'infrangolo su una spiaggia.

Nello studio delle onde si e' soliti parlare di altezza significatica dell'onda, che si avvicina quasi sempre alla stima visiva che un osservatore posto su un'imbarcazione puo' fare dell'altezza delle onde. Essa e' definita come il valore medio di un terzo delle onde piu' alte prese in un determinato intervallo.

L'altezza H e la lunghezza L dell'onda dipendono dall'intensita' e dalla persistenza del vento e dalla lunghezza del tratto di mare su cui il vento soffia con direzione costante o quasi invariata. Questo tratto di mare si chiama fetch. Maggiore e' il fetch e maggiori saranno l'altezza e la lunghezza dell'onda.

Il fetch cosi' come tutte le distanza in mare si misura in miglia nautiche, dove :

1 miglio nautico = 1852 metri

Le scale del Mare

Codice Altezza onde (m) Termine specifico Descrizione
0 0 calmo-piatto Liscio senza increspature
1 0-0.1 quasi calmo Piccole increspature
2 0.1-0.5 poco mosso Onde appena accennate, molto corte
3 0.5-1.25 mosso Onde piccole, le creste formano un po' di schiuma
4 1.25-2.5 molto mosso Onde piccole che tendono ad allumgarsi, marosi con schiuma
5 2.5-4.0 agitato onde di media altezza allungate, molti marosi con schiuma
6 4.0-6.0 molto agitato Onde ampie, creste di schiuma con spruzzi
7 6.0-9.0 grosso Il mare si gonfia, il vento trascina gli spruzzi in strisce
8 9.0-14.0 molto grosso Onde abbastanza alte e lunghe; spruzzi vorticosi sulle creste
9 >14.0 tempestoso Onde alte, le creste rotolano a valle dell'onda
Tabella 1 - Scala d'agitazione del mare, detta scala Douglass

La Marea

Uno degli effetti principali che la Luna ha sul nostro pianeta e' quello di produrre la marea. Il mare si solleva perche' attratto dalla massa gravitazionale della Luna, un'attrazione che per quanto piccola sia, e' in grado di spostare masse enormi di acqua. Anche il Sole contribuisce alla creazione delle maree, ma per quanto piu' grande sia della Luna, la sua lomntananza ne riduce l'effetto a meno della meta' dell'effetto prodotto dalla Luna.

Quando i due astri si trovano allineati gli effetti gravitazionali si sommano dando origine a due zone di alta marea massime (sigize) sui due lati della Terra allineati con gli astri e due zone di bassa marea massime sui due lati della Terra sfasati di 90 gradi. Dopo una settimana la Luna e' sfasata di 90 gradi rispetto al Sole, i contributi gravitazionali dei due astri tendono ad eliminarsi, si avranno pertanto sulla Terra due zone di alta marea minime (quadratura) e due zone di bassa marea minime. Dopo un'altra settimana i due astri tornano ad allinearsi con la Terra compresa tra Sole e Luna, si ottiene cosi' un secondo massimo di marea.

Le maree piu' intense si osservano lungo la fascia tropicale; in particolare quando Sola e Luna si trovano entrambi sul piano equatoriale (cosa che avviene solamente agli equinozi) le maree hanno la massima ampiezza lungo l'Equatore (maree equatoriali).

Vi sono luoghi in cui onde di alta marea si presentano due volte al giorno con ampiezze pressoche' identiche (maree semidiurne), altri in cui si possono osservare una sola volta nell'arco della giornata (maree diurne) e altri in cui le due onde di alta marea che so osservano durante la giornata hanno ampiezza diversa (maree miste).

Anche l'intensita' della corrente, all'interno di ciascun ciclo, segue un andamento quindicinale, in accordo con le maree lunisolari; le correnti hanno intensita' maggiore alle sigize (ovvero plenilunio e novilunio) e raggiungono un minimo alle quadrature (cioe' primo quarto e ultimo quarto).

(Tratto da "La meteorologia in mare" di Raffaello Bellofiore, Paolo Corazzon, Andrea Giuliacci. - Collana Meteo - Edizione Alpha Test)