1.1. Phân lo�i sóng bi�n: Sóng bi�n có th� ���c phân lo�i theo nh�ng d�u hi�u khác nhau. D�a vào l�c tác ��ng gây nên chuy�n ��ng sóng, ng��i ta chia sóng trên bi�n (hay trong ��i d�ơng) thành nh�ng d�ng nh�: sóng gió (bão) - xu�t hi�n d��i tác ��ng c�a gió (bão); sóng th�y tri�u - d��i tác ��ng c�a các l�c hút tu�n hoàn c�a M�t tr�ng và M�t tr�i; sóng gió áp liên quan v�i ��chênh l�ch c�a m�t ��i d�ơng kh�i v� trí cân b�ng d��i tác ��ng c�a gió và áp su�t khí quy�n; sóng th�n (hay sóng
��a ch�n) - xu�t hi�n do các quá trình ��ng l�c x�y ra trong v�
Trái ��t nh� ��ng ��t ng�m, ho�t ��ng núi l�a ngoài bi�n khơi ho�c ven b�; sóng tàu do tàu thuy�n chuy�n d�ng trên bi�n gây ra. Trong ch�ơng này chúng ta ch� �� c�p t�i nghiên c�u sóng gió.
Hình 3: Chuy n ng c h c c a sóng bi n sâu.
Chi�u cao sóng
�
�� dài sóng
h
Lê Xuân H ng
16
D�a vào l�c lôi kéo các ph�n t�n��c tr�v�v�trí cân b�ng, sóng bi�n còn ���c chia ra sóng mao d�n và sóng tr�ng l�c. Sóng mao d�n gây ra do l�c ph�c h�i là s�c c�ng m�t ngoài, có kích th��c bé và ���c t�o nên ngay khi gió m�i b�t ��u tác ��ng trên m�t n��c (sóng l�n t�n). Sóng tr�ng l�c là sóng do tr�ng l�c. Sóng tr�ng l�c trong bi�n�óng vai trò quan tr�ng.
Theo tác ��ng c�a l�c, sau khi t�o sóng ng��i ta phân thành sóng t�dovàsóng cư�ng b�c.
Theo ��bi�n thiên các y�u t�sóng v�i th�i gian, ng��i ta chia ra sóng �n ��nh vàkhông �n��nh. Sóng �n ��nh là sóng trong nó các y�u t� không thay ��i theo th�i gian. Sóng không �n ��nh là sóng �ang phát tri�n ho�c t�t d�n, các y�u t�c�a nó thay ��i theo th�i gian.
Theo v� trí ng��i ta phân ra sóng m�t và sóng n�i. Sóng m�t là sóng xu�t hi�n trên m�t bi�n, còn sóng n�i là sóng xu�t hi�n trong các l�p n��c sâu và h�u nh�không xu�t hi�n trên m�t.
Theo hình d�ng, sóng ���c chia thành sóng hai chi�u, sóng ba chi�u và sóng �ơn. Sóng hai chi�u là sóng mà chi�u dài trung bình c�a ng�n sóng nhi�u l�n l�n hơn b��c sóng trung bình.
Sóng ba chi�u là sóng mà chi�u dài trung bình c�a ng�n sóng vào kho�ng b�ng b��c sóng. Sóng �ơn là sóng có hình vòm và không có b�ng sóng.
Theo t� s� gi�a b��c sóng và �� sâu c�a bi�n, sóng ���c phân thành sóng ng�n và sóng dài. Sóng ng�n là sóng có b��c sóng khá nh� so v�i ��sâu, còn sóng dài thì ng��c l�i có b��c sóng khá l�n so v�i��sâu c�a bi�n.
Theo s� d�ch chuy�n d�ng sóng ng��i ta chia thành: sóng ti�n, sóng d�nvà sóng ��ng. Sóng ti�n là d�ng nhìn th�y trong không gian và lo�i sóng có di chuy�n bi�u ki�n c�a hình d�ng sóng trong khi các ph�n t� n��c v�n ch� dao ��ng sung quanh m�t tâm nào �ó. Trong sóng d�n, ngoài chuy�n ��ng dao ��ng các ph�n t�n��c còn di chuy�n ti�n theo h��ng truy�n sóng do qu�
��o c�a chúng b�h�. Trong sóng ��ng các ph�n t�ch�t l�ng dao
��ng theo qu� ��o không khép kín d�ng parabol và hình d�ng c�a sóng không di chuy�n theo chi�u ngang, có ngh�a là không d�ch chuy�n trong không gian [22].
Ch ng II. Khái ni m v th y - ng l c i b 17
1.2. Các y�u t�sóng: Sóng bi�n là m�t ki�u chuy�n ��ng dao ��ng, trong �ó các ph�n t� c�a môi tr��ng dao ��ng chuy�n ��ng theo m�t qu� ��o nào �ó. M�i sóng ti�n ho�c sóng ��ng���c��c tr�ng b�i các y�u t� xác ��nh. Th��ng th��ng khi mô t� sóng ng��i ta chia ra các y�u t�sau �ây:
• ���ng m�t c�t sóng (Profin sóng) là ���ng cong do m�t ph�ng th�ng��ng c�t m�t bi�n n�i sóng theo h��ng cho tr��c (th��ng theo h��ng truy�n sóng), [Hình 3].
• Ng�n sóng là ph�n sóng nhô lên trên so v�i m�c n��c bi�n yên t�nh.
• ��nh sóng là �i�m cao nh�t c�a ng�n sóng.
• B�ng sóng (chân sóng) là ph�n n�m th�p hơn m�c sóng trung bình (m�c n��c yên t�nh).
• �� cao sóng (h) là kho�ng cách chênh l�ch gi�a ��nh sóng và chân sóng theo ���ng m�t c�t sóng v� d�c h��ng truy�n sóng chính. �� cao sóng b�ng hai l�n biên �� ho�c b�ng hai l�n bán kính qu� ��o c�a sóng ti�n trong qu� ��o tròn.
• Chu k�sóng ( ) là th�i gian m�t ph�n t�n��c th�c hi�n tr�n v�n
���ng �i theo qu� ��o hay nói m�t cách khác là th�i gian mà hai
��nh sóng k�nhau �i qua���ng th�ng ��ng c� ��nh.
• Chi�u dài sóng hay b��c sóng ( ) là kho�ng cách n�m ngang gi�a các ��nh c�a hai ng�n sóng k� nhau trên m�t c�t sóng (Profin sóng) v�theo h��ng truy�n sóng.
• �� d�c sóng (h
) là t�s� �� cao sóng v�i b��c sóng. �� d�c sóng t�i các �i�m khác nhau c�a���ng m�t c�t sóng không nh�nhau.
• T�c��truy�n sóng (C) ho�c v�n t�c pha là v�n t�c d�ch chuy�n ng�n sóng theo h��ng truy�n sóng. Khái ni�m v�n t�c ch� áp d�ng ��i v�i sóng ti�n. T�c �� tr�y�n sóng là t� s� gi�a chi�u dài và chu k�c�a sóng.
• H��ng sóng truy�n - là h��ng chuy�n��ng c�a sóng.
• Tuy�n ng�n sóng (Front sóng) là ���ng trên bình �� m�t n�i sóng �i qua các ��nh c�a ng�n sóng �ã cho, ���c xác ��nh b�i nhi�u���ng m�t c�t sóng v�ch song song chính.
• Chi�u dài ng�n sóng là �� kéo dài c�a ng�n sóng theo h��ng
���ng m�t c�t sóng c�a nó.
Lê Xuân H ng
18
• Tia sóng là ���ng th�ng vuông góc v�i ���ng m�t c�t sóng t�i
�i�m�ã cho.
1.3. Sóng bi�n sâu (sóng trôcôit)
Theo �� sâu c�a bi�n, sóng ���c chia ra sóng bi�n sâu và sóng bi�n nông. Trong tr��ng h�p ch�t l�ng là lý t��ng bao g�m nhi�u ph�n t�riêng bi�t và không có ma sát trong, m�t��n��c���c xem là không ��i, sóng là hai chi�u, tác ��ng c�a l�c t�o sóng s�ng�ng sau khi sóng �ã phát tri�n và vì th�có th�coi sóng là �n��nh và t�do.
Sóng bi�n sâu có ��c �i�m là các ph�n t� n��c dao ��ng theo m�t qu� ��o hình tròn và m�t ph�ng c�a nó có h��ng th�ng ��ng v�i b�m�t m�c n��c yên t�nh. �n�a trên c�a qu� ��o, các ph�n t�
n��c chuy�n ��ng theo h��ng truy�n sóng, còn � n�a d��i thì chúng chuy�n��ng theo h��ng ng��c l�i.
Nh� v�y trong m�t chu k� sóng di�n ra s� thay ��i h��ng chuy�n ��ng và khôi ph�c l�i. Trong khi �ó, m�t l�p n��c có ��
dày xác ��nh b� dao ��ng sóng, nh�ng kích th��c các qu� ��o gi�m d�n theo chi�u sâu. Do các ph�n t� ���c chuy�n ��ng theo ���ng tròn, nên v�n t�c pha c�a chúng trong gi�i h�n c�a m�t t�ng không b�thay ��i, nh�ng càng xa kh�i b�m�t bi�n thì t�t d�n. Kích th��c c�a các qu� ��o nh�d�n theo ��sâu ���c vi�t theo công th�c sau:
0
2 0
z h .
h = e (1)
� �ây : z - là �� sâu k�t�m�t bi�n.
h0, 0- là chi�u cao và chi�u dài c�a sóng bi�n sâu.
hz-�� cao sóng t�i�� sâu z.
e - là hàm s�logarit t�nhiên
Nh�v�y khi t�ng �� sâu theo c�p s�c�ng thì kích th��c các qu�
��o và t�c�� pha cùng gi�m theo c�p s�nhân.
Ví d�: Trên b� m�t bi�n, sóng có �� cao là 15m và chi�u dài là 150m, thì � �� sâu 50m ���ng kính qu� ��o ch� còn 2m, � �� sâu 100m, ���ng kính ch� còn 0,25m, còn � �� sâu 150m, ���ng kính qu� ��o ch�còn có 0,032m [122]. Ng��i ta th�a nh�n r�ng � �� sâu mà t�i �ó th�c t� dao ��ng sóng �ang t�t d�n g�n b�ng n�a b��c sóng trên b�m�t bi�n.
Ch ng II. Khái ni m v th y - ng l c i b 19
Trong tr��ng h�p chung, ���ng �i c�a q�y ��o chuy�n ��ng sóng là hình elíp, kích th��c n�a tr�c c�a qu� ��o t�t d�n theo ��
sâu (gi�ng nh� t�c ��) có d�ng hypecpol. � �áy tr�c th�ng ��ng c�a qu� ��o tr� v� b�ng không và chuy�n ��ng các ph�n t� ch�t l�ng di�n ra theo chi�u ngang (Hình 4).
�bi�n sâu, trong sóng ti�n qu� ��o c�a các ph�n t�n��c là khép kín và có d�ng ���ng tròn. Song càng gi�m ��sâu c�a bi�n thì các qu� ��o các ph�n t�n��c có tính ch�t b�t��i x�ng. Chúng có hình dáng nh�chi�c "bánh mì d�t hình ��a" và tr�thành qu� ��o không khép kín. Càng g�n t�i b� m�c �� khép kín c�a các qu� ��o t�ng lên và nh� �ó s� di chuy�n n��c c�ng t�ng lên theo h��ng truy�n sóng. Sóng ti�n d�n d�n bi�n d�ng thành sóng d�n.
Hình 4: Các qu o chuy n ng li#n k#nhau c a các ph&n t(
n )c trong sóng n )c nông (Theo N.E. Kondratyev, 1953)[ 122].
A B
Lê Xuân H ng
20
A- Sóng b�t ��u bi�n d�ng; B- Sóng bi�n d�ng m�nh. Các kho�ng cách gi�a các �i�m trên qu� ��o t�l�thu�n v�i th�i gian; 0 - 0 là m�c n��c t�nh; z- là ��sâu, cm.
1.4. Các tính ch�t cơb�n c�a sóng gió
Gió là ngu�n cung c�p n�ng l��ng cho sóng bi�n. Khi các dòng không khí chuy�n ��ng trên m�t n��c bi�n, m�t ph�n n�ng l��ng gió ���c truy�n cho l�p n��c trên b� m�t bi�n t�o ra sóng bi�n.
Sóng xu�t hi�n trong th�i gian có gió tác ��ng ���c g�i là sóng gió.
Do ��nh�t c�a n��c bi�n nh�nên sau khi gió ng�ng th�i, sóng v�n còn ti�p t�c chuy�n ��ng trong m�t kho�ng th�i gian nào �ó.
Nh�ng sóng nh�v�y g�i là sóng l�ng.
Sóng gió có ba tính ch�t cơb�n:
Tính gi� chu k� và tính ph� thu�c l�n nhau gi�a các y�u t�
chuy�n��ng c�a chúng.
S� liên quan ch�t ch� gi�a kích th��c sóng v�i t�c �� và th�i gian kéo dài có gió, v�i chi�u dài qu�ng���ng �i c�a gió trên b�
m�t n��c bi�n (��dài �à sóng) và v�i��sâu c�a b�n n��c bi�n.
Tính ph�c t�p và tính chuy�n��ng r�i c�a toàn b�l�p n��c có sóng.