שאלה בפיסיקה - קצב התקדמות הגל ואיך נוצר?

[doron_hackam]

כרמיכרמי, ציינת שם למעלה קצב התקדמות הגל 15 קמ"ש. אני מניח שהוא נוצר מרוח קצת יותר מהירה/חזקה. למה דווקא זה הקצב?
כמו כן, איך הם מסתדרים להם ככה יפה בשורות של סוול עם התקדמות הצעידה וועם התרחקותם מאיזור משב הרוח? מה הם חברותיים? הרי זו אנרגיה של דחיפה של מים על ידי מכות של רוח, יציבה או בלתי יציבה
איך זה מתאחד לקיר?
דנה סולב, עדי זומר - מוזמנים להציע לי הסבר.

[aharon]

לדעתי אין קשר בין מהירות הרוח למהירות בה מתפשט הגל ...
אגב הגל גם לא דוחף מים ...כלומר אין תנועה של מים אלא מים עולים ויורדים
בצורת גל סינוס . במקום שקימיים שינויי עומק משמעותים ,שם נישבר הגל
ולמעשה כבר לא מתפקד ממש כגל אלא מושפע מהפרעות ומהאנרגיה שנוצרה כתוצאה מהשבירה.
ואז קיימת גם גם תנועה של מים .
מתבסס על זיכרון מלימודי פיזיקה בתיכון..
גם אני אשמח לשמוע דעת מלומדים כמו דנה ועדי.

[oridag]

ככול שהרוח יותר חזקה ונושבת לאורך זמן כך הגל יהיה מהיר יותר וגדול יותר אורך הגל תלוי במרחק שהוא נודד עם יש לו מרחק הוא יהיה יותר ארוך בים התיכון אין לגל מרחק ולכן הגלים קצרים , בהתחלה כאשר הרוח נושבת על ים שטוח וחלק האפקט שלה הוא פחות משמעותי מאשר ים שכבר סוער וגלי, כך יש לרוח את הכוח לדחוף יותר מים ולכן לזמן שהיא נושבת יש משמעות. הקטע עם אורך הגל-תיזכרו שזרקתם אבן לתוך שלולית או דלי מים נוצרות תנודות של מים בצורת מעגל ככול שהמרחק גדל המעגל מתרחב , חצי מהתנודה שאתם רואים נמצאת מעל המים והחצי השני בתוכם בצורה של גליל או הואפל הידוע גלילית כאשר הגל מתקרב לחוף החצי שמתחת למים נדחף כלפי מעלה ואז שבערך שליש מחוץ למים הוא נשבר, כאשר מודדים גל מי שלא גולש מודד אותו בעומק באמצעות סוגי מצופים למיניהם היום יש מצופים שמשדרים את הנתונים ללווינים וכך הנתונים מגיעים אלינו המצופים מאופסים לגובה פני הים וככול שיעלו יותר גבוהה כך חיינו יהיה יותר טובים .דרך אגב יש מקומות בהם הגלים מגיעים למהירות של כארבעים קמ"ש מי שגלש בגלים גדולים מאוד באוקיינוסים חווה מה שאני חוויתי כאשר גלשתי בהוואי גל נשבר מאחורי אני בפול פלנינג עם הגלשן רוח שנינו מכוונים ישר לכיוון החוף והגל משיג אותי ומכבס להנאתו .

[דורון]

גלי ים הנוצרים על ידי הרוחהגלים 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).

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.
[עריכה] סוגי גלים נוספיםישנם 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.

[עריכה] התנהגות הגלים בהגיעם אל חוף חולי[עריכה] שבירת הגלגל "נשבר" כשעומק המים הוא כחצי 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 "ריף" והעמוקים יותר "תעלה". כשגל המגיע מהים נתקל בריף הוא "נשבר" והופך לקצף. לאחר השבירה גובה הגל יורד ומגיע לתעלה, בה הוא ממשיך להתקדם משום שעומק המים עמוק יותר משליש גובהו, ומגיע לריף הבא, שם הוא נשבר שוב וחוזר חלילה עד ההגעה לקו החוף.

[עריכה] הזרם הבוקעהזרם הבוקע הוא זרם של מים מכיוון החוף אל כיוון הים.

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



Uploaded with ImageShack.us



Uploaded with ImageShack.us

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.

[adizomer]

סססאמק!!!
כתבתי עמוד שלם וזה לא נשלח ועכשיו זה נעלם!!!
אני שונא מחשבים

[אברהם]

בניגוד למה שרשם oridag לדעתי מהירות הגלים בים לא מושפעת מעוצמתם או ממהירות הרוח והיא זהה בכל מקום על כדור הארץ, יש השפעה קטנה של העומק על מהירותם ובעומק רדוד הם מאיטים ומתעוותים מה שגורם לשבירתם.

מהירות הגלים מושפעת מתכונות הנוזל ( צמיגות צפיפות .. ) שבו הם נעים ומהגרביטציה. הגל אינו תנועת מים אלה תנועת אנרגיה , רק כשהם נשברים יש תנועת מים.

[tsahih]

טוב אז עכשיו עוד שאלה שאלתית:
ההסברים של דוכס די פשוטים ונראה שהם עומדים במבחן המציאות אצלנו:
מזרחית: רוח מזרחית מהווה מרחק נשיבה קצר מאוד - לכן ים כמעט שטוח
צפונית: בד"כ נושבת בעיקר מעל היבשה (סוריה ולבנון) לפני שמגיע אלינו לכן שוב גלים לא מאוד גדולים אלא אם כן הרכס מביא זרימה ארוכה לאורך החופים של סוריה ולבנון
דרומית חורפית: (שקע מעל ים תיכון) אורך נשיבה ארוך ביותר כאשר הרוח בעצם חגה מצפון למצריים דרך כל חופי המדינה ומביאה מפלצות (בנוסף מדובר בד"כ בשקעים עוצמתיים ורוחות חזקות)
השאלה שלי היא השפעת הזרם על הגלים
נדמה לי שאצלנו יש זרם צפוני (שזה זרם הזורם צפונה - הגדרה הפוכה לרוח) האם לזרם יש השפעה על הגלים האם הוא "מסדר אותם" מקטין או מגדיל מבחינת העוצמה ומבחינת המרחק בין גל לגל?

[danasolav]

חבל מאד שההודעה של עדי נמחקה, אבל אני אנסה לענות במקום-
קודם כל כמו שאמרו כבר, הגלים נוצרים מהרוח ומושפעים מהעוצמה שלה, משך הנשיבה, מרחק הנשיבה, וגם הרוחב של הים (כלומר הפרעות של יבשה מהצדדים). בנוסף, מהירות הגל מושפעת מעומק הים.

C מהירות הגל, גדולה יותר ככל שאורך הגל "למדא" ועומק הים d גדולים יותר.
הרוח בעצם נושבת ומזיזה את המים שעל פני הים בגלל החיכוך ואז נוצרות גבעות קטנות שבגלל כוח הכובד הן יורדות וכך נוצר גל.
בהתחלה הגל קטן והמהירות שלו קטנה ואם הרוח מהירה יותר ממנו היא ממשיכה להשפיע עליו והגל ממשיך לגדול ולהתפתח והמהירות שלו גדלה כתוצאה מכך. הגל יכול להגיע למקסימום שלו כשהוא כמעט במהירות של הרוח. בגלל זה ככל שהרוח חזקה יותר ולאורך זמן, הגל יהיה גדול יותר ומהיר יותר.
זה איור נחמד שמסביר את זה-

עכשיו לשאלה של דורון- הרוח לא יציבה לאורך כל הזמן גם במהירות וגם בכיוון והיא יוצרת המון גלים באורכי גל ומהירויות שונים. אבל בגלל שמהירות הגל תלויה באורך הגל נוצרת תופעה שנקראת "דיספרסיה" שבעצם מפרידה בין הגלים וגורמת לגלים דומים לנוע ביחד. בגלל שהגלים הקצרים נעים לאט הם בדרך כלל לא מגיעים למרחק גדול מהמקום שבו הם נוצרו כי הם דועכים בדרך (כל הגלים דועכים בדרך אבל הדעיכה תלויה בעיקר בזמן אז הגלים שנעים מהר יגיעו ממוקד הרוח למקום רחוק כשהם דעכו פחות.
אז ככל שהגלים נעו מרחק גדול יותר הם יהיו "נקיים" יותר מהשפעות של גלים קצרים ולא רצויים (בשבילנו חובבי הגלים), כל זה בהנחה שאין רוח קרובה יותר. בגלל זה הגלים הטובים ביותר יהיו מסערות עם רוח מאד חזקה שנשבה על פני מרחק רב, וכשבאזור החוף אין רוח בכלל כך שלא יכולים להיות גלים קצרים ומעצבנים שיפריעו לסוול.
כשהגל מתקרב לחוף כמובן שעומק הים יורד ולכן מהירות הגלים יורדת וגובה הגל יורד עד שהוא נשבר על החוף כתוצאה מזה שמהירות המים בחלק העליון של הגל כבר יותר גבוהה ממהירות הגל עצמו.

[yoavt]

השפעת הזרם היא לדעתי שקולה לשינוי במהירות הרוח - זרם מול הרוח כמו רוח חזקה יותר משמע גל גבוהה יותר (ראה קולומביה ריבר גורג' ) ורוח עם הזרם כמו - רוח חלשה יותר משמע גל נמוך יותר.

ועכשיו חידה - מצוף בלב ים במרחק 500 קמ מהוואי מזהה סוול שאורך הגל שלו 10מ (המרחק בין שיא לשיא)אשר נע לכיוון החוף. כמה זמן יקח לגלים הראשונים להגיע לחוף?

רמז 1 - כשהים עמוק אז הנוסחה שדנה נתנה היא בערך
מהירות = 1.25 * שורש של אורך הגל (מהירות במטרים לשניה)

רמז 2 - זו שאלה מכשילה

[adizomer]

טוב אחרי שקראתי את ההסבר של דנה אין לי מה להוסיף...דנה האלופה הסבירה כל מה שצריך לדעת
השאלה עכשיו מתי כבר נראה כאלה (נורמליים) בארץ?

[adizomer]

יצא לי 35 שעות בערך.
אבל אם אתה אומר שזאת שאלה מכשילה אז אולי אתה מתכוון לזה שהגל ידעך בכלל לפני שהוא יגיע לחוף?
אם כן אז בבקשה הסבר לנו מה הנוסחא לדעיכת הגל?

[aharon]

יום שישי ב10:00 מבחן על כל החומר בכנסייה.
הניכשלים יסגרו שבת בבית .

[danasolav]

ואם שאלתם את עצמכם למה לא כל הגלים מגיעים לחוף באותו גובה? אז הנה התשובה-
אמרנו שמהרוח נוצרים גלים בהמון אורכי גל שונים, אז קחו לדוגמא 2 גלים באורך גל שונה שמתקדמים לאותו כיוון,שניהם יכולים להגיע לחוף באותו זמן אם האיטי נוצר לפני המהיר או נוצר במקום קרוב יותר.
מה שקורה שיש התאבכות בין 2 גלים זה שהם יכולים להגביר או להחליש זה את זה, ואז נוצר מצב של שיש גל מעטפת שמעלה ומוריד את האמפליטודה של הגלים ה"מקוריים".
זה נראה בערך ככה-

והתשובה לשאלה המכשילה (אני מקווה) היא שחבורת הגלים הזאת נעה במהירות שהיא חצי מהמהירות הממוצעת של הגלים, אין לי כח לחשב אבל בהנחה שעדי חישב נכון אז זה כפול זמן מזה...
והתשובה לשאלה העצובה של עדי היא - לעולם לא

[yoavt]

ובכן דנה צודקת.
עדי אתה חישבת נכון את המהירות של השיא של גל בודד - כלומר אם "ממעוף הציפור" אתה עוקב אחרי השיא (או התחתית) של גל מסויים באורך גל (מרחק בין שיא לשיא) של 10מ, אז תמצא שהוא נע במהירות של 1.25 * שורש 10 = 3.95 מטר בשניה. לעבור מרחק של 500 קמ היה לוקח אכן 35 שעות. למהירות הזו קוראים "מהירות הפאזה" (phase velocity) של גל, כלומר המהירות של חלק מסויים בגל, לדוגמא השיא.
אבל - הגלים באוקינוס נעים בחבורות, החל מאיזור הסערה, שם העבירה הרוח אנרגיה לים, והם מעבירים את האנרגיה הזו למרחקים עצומים.
חבורת גלים שנעה באוקיינוס נראית כך:



החבורה הזו נעה במהירות שהיא בדיוק חצי ממהירות כל שיא גל בודד. לכן לגלים יקח 70 שעות להגיע לחוף. למהירות זו קוראים כמתבקש "מהירות החבורה" (group velocity).

כאמור כל גל בתוך החבורה נע במהירות הפאזה שלו, נגיד 4 מטר בשניה. אבל החבורה, קבוצת הגלים, נעה במהירות שהיא בדיוק חצי מזה - 2 מטר בשניה.
איך זה יתכן? הלא הגלים "משיגים" את החבורה?
אם עוקבים אחרי גל בודד זה נראה אכן כאילו גל מתקדם בתוך החבורה לחזית הדבוקה, אבל, ככול שהוא מתקדם קדימה הוא קטן עד שהוא נעלם. זה נראה כאילו גלים מופיעים בזנב החבורה, מתקדמים קדימה לראש החבורה במהירות הפאזה, ונעלמים בחזית.
הסיבה לתופעה זו היא אותה "דיספרסיה" שעובר הגל. אנימציה לתופעה זו אפשר לראות כאן:



הנקודה האדומה עוקבת אחר מהירות הפאזה - מהירותו של שיא. הנקודה הירוקה עוקבת אחר מהירות החבורה - מהירות חזית החבורה.

http://en.wikipedia.org/wiki/Group_velocity
http://oceanworld.tamu.edu/resources/oc ... r16_01.htm
http://www.seafriends.org.nz/oceano/waves.htm

[yoavt]

דרך קלה יותר לחשב את מהירות הגל היא על ידי מדידת הזמן בין שיא לשיא - זמן המחזור. בעומק הים הנוסחא היא:

מהירות הגל (מהירות השיא במטר לשניה) = 1.6 * זמן מחזור בשניות

זו נוסחא יותר שימושית מכיון שבווינד-גורו של הוואי אפשר לראות את גובה וזמן המחזור בין גלים:



כפי שניתן לראות היום מגיעים גלים עם זמן מחזור של 10 שניות, כלומר מהירות של 16 מטר בשניה, או 58 קמ"ש. מהירות החבורה היא חצי מזה.
מחר יגיעו גלים עם זמן מחזור של 9 שניות (52 קמ"ש), ומחרתיים 8 שניות (46 קמ"ש).

ועכשיו עוד חידה - בהנחה שאת הגלים האלה יצרה אותה סערה, באיזה מרחק מחופי הוואי התרחשה סערה זו?