גל (מים)

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
(הופנה מהדף גל ים)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
גלים באוקיינוס
הגל הגדול בסמוך לקאנאגאווה - הדפס עץ מעשה ידי אמן ההדפסים היפני קצושיקה הוקוסאי
איור 1: תנועת פרודת מים בגל ים.
A - במים עמוקים.
B - במים רדודים (קרקעית הים נמצאת בנקודה B). התנועה המעגלית הופכת לאליפטית עם ירידת עומק הים.
1 - כיוון התקדמות הגל.
2 - פסגה.
3 - שפל.
תרשים תעלה וריף
תרשים זרם בוקע.

גל הוא תנודה מחזורית של מים הנוצרת בגוף מים כגון ים, אגם או נהר.

גלי ים הנוצרים על ידי הרוח[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגלים נוצרים על פני הים במפגש שבין האוויר לבין המים. הרוח דוחפת את המים בכיוון תנועתה. אנרגיית התנועה של הרוח גורמת לפרודות המים לנוע בתנועה מעגלית, כאשר רדיוס המעגל בו הן נעות הוא הקובע את גובהו של הגל (תנועה זו מתוארת באיור 1, כאשר הקו הכחול הוא חתך הגל, והמעגלים הם מסלולי תנועת פרודות המים). למעשה מה שזז במים הוא איננו חומר אלא הפרעה. האנרגיה עוברת ולא המים. את הדבר ניתן לראות במידה שנסתכל במצוף של חכה. הוא אומנם עולה ויורד אבל איננו זז ממקומו ימינה או שמאלה. ניתן להסביר את התבנית המעגלית של תנועות פרודות המים לפי עקרון הדיברגנץ - כשמסתכלים על חתיכה תיבתית פנימית קטנה מסוימת של האוקיינוס, הפרש מהירות תנועת המים האופקית משני צידי התיבה (שתי הפאות האנכיות) צריך להיות שווה להפרש מהירות תנועת המים האנכית בין שני בסיסי התיבה.

שלושה גורמים משפיעים על התפתחות הגלים:

  1. עוצמת נשיבת הרוח: ככל שהרוח חזקה יותר היא מעבירה יותר אנרגיה למים ויתפתחו גלים גבוהים יותר.
  2. משך זמן הנשיבה: תחילה יוצרת הרוח גלים קטנים, ההולכים וגובהים. נדרש זמן עד שהם מגיעים לגובהם המקסימלי.
  3. אורך נשיבה: קרוב לחוף ממנו נושבת הרוח נוצרים גלים קטנים יותר, ההולכים וגובהים עם ההתרחקות מהחוף.

לעתים גל שנוצר בעומק הנקרא גל גיבוע יכול לנוע בכיוון שונה מכיוון הרוח המקומית. לעתים רבות הגלים בחוף והרוח איננה בכיוונים זהים (אנו יורדים לחוף והגלים באים ממערב והרוח ממזרח). הרוח שנושבת בכיוון הפוך יכולה ליצור גלים בכיוון נשיבתה יותר בעומק הים בתנאי שיהיו לה מספיק עוצמה, זמן נשיבה ואורך נשיבה.

סוגי גלים נוספים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ישנם גם גלים הנוצרים כתוצאה מאירועים סיסמיים בלב האוקיינוס, כמו רעידת אדמה, התמוטטות מסות של אדמה, או התפרצות הר געש תת-ימי. גלים אלו נקראים גלי צונאמי. סוג אחר של גלים הוא גלי הגאות והשפל, שהגורמים להם הם כוחות המשיכה של הירח, השמש וכדור הארץ. גל שנוצר יכול לנוע ברחבי האוקיינוס למרחקים גדולים ביותר. למעשה מהרגע שגל נוצר הוא ממשיך כמעט באין מפריע עד שהוא מגיע לחוף.

התנהגות הגלים בהגיעם אל חוף חולי[עריכת קוד מקור | עריכה]

שבירת הגל[עריכת קוד מקור | עריכה]

גל "נשבר" כשעומק המים הוא 80% מגובה הגל, מכיוון שהקרקע הרדודה מפריעה לתנועה המעגלית של פרודות המים היוצרת אותו. במקומות בהם החוף חולי ויש גלים הקרקעית אינה ישרה אלא גלית כתוצאה מתנועת הגלים. החלקים הרדודים יותר נקראים שרטון והעמוקים יותר "תעלה". כשגל המגיע מהים נתקל בשרטון הוא "נשבר" והופך לקצף. לאחר השבירה גובה הגל יורד ומגיע לתעלה, בה הוא ממשיך להתקדם משום שעומק המים עמוק יותר משליש גובהו, ומגיע לשרטון הבא, שם הוא נשבר שוב וחוזר חלילה עד ההגעה לקו החוף.

זרם נסיגה (Rip current)[עריכת קוד מקור | עריכה]

זרם הנסיגה (החזרה) הוא זרם של מים החוזר מכיוון החוף אל כיוון הים.

כשגלים מגיעים לחוף הם מביאים איתם הרבה מים. מים אלה חוזרים לעומק דרך הזרם הנסיגה. במקום בו נמצא זרם הנסיגה המים יותר עמוקים מכיוון שהזרם סוחף איתו חול לעומק. בזרם הנסיגה הגלים יותר נמוכים.

מהירות גלי ים[עריכת קוד מקור | עריכה]

עבור גל מתקדם בתדירות יחידה - גל מונוכרומטי - גובה פני המים נתון על ידי המשוואה:

\eta\, =\, a\, \cos\, ( k x\, -\, \omega t ).

Orbital motion under linear waves. The yellow dots indicate the momentary position of fluid particles on their (orange) orbits. The black dots are the centres of the orbits.

יחס הנפיצה המתאים הוא:

\omega =\sqrt{\, g\, k\, \tanh\, ( k h ),}

מהירות המופע היא: \omega/k =\sqrt{\, g\,/ k\, \tanh\, ( k h ),}.

ומהירות החבורה היא: d\omega/dk = \frac{1}{2} c_p \left( 1 + \frac{2 k h}{\sinh\left(2 k h \right)} \right) כאשר c_p מהירות המופע.

מקרה פרטי חשוב הוא כאשר 1 >> kh (מים רדודים - אורך הגל גדול בהרבה מעומק המים) אז מקבלים שמהירות החבורה (ומהירות התקדמות הגל באוקיינוס) היא:

V = \sqrt{gH} וזוהי מהירות התקדמות גל צונמי באוקיינוס.

היסטוריה של הטיפול המתמטי בגלי ים[עריכת קוד מקור | עריכה]

המדע המתמטי שעוסק בחקר גלי ים והתקדמותם באוקיינוס הפתוח החל[1] במספר תוצאות של אייזק ניוטון מהחלק השמיני של הכרך השני של ספרו "פרינקיפיה", שאתחלו את התאוריה המתמטית של גלי מים. בטענות האלה ניוטון מבחין בין שני סוגים של תנועת גלי מים: גלי מים עמוקים וגלי מים רדודים. לאורך כל הטענות האלה ניוטון צייר אנלוגיה פיזיקלית בין תנודת מטוטלת לתנועה של המים מתחת לגל. בטענה 44 הוא מראה שזמן המחזור של תנודת פני המים בצינור בצורת U מסביב למפלס של שיווי משקל שווה למשך זמן התנודה של מטוטלת שאורכה l הוא כאורך מחצית אורך הצינור המלא במים l = L/2 , כלומר ש-T שווה: T = 2\pi\sqrt{{\frac {{l}}{{g}}}} = \pi\sqrt{{\frac {{2L}}{{g}}}} . בטענות הבאות ניוטון מקיש מהאנלוגיה שמהירות התקדמות גלי מים במים עמוקים יחסית לשורש הריבועי של אורך הגל שלהם, טענה נכונה מנקודת מבט מודרנית (הנוסחה הנכונה היא: u = \sqrt {{g\lambda/2\pi}}). ניוטון גם חשב על תנועת פרודות המים מתחת לפני הגל, וטען שהן נעות בתנועה מעגלית.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ THE ORIGINS OF WATER WAVE THEORY[1]