Λύσεις — Κεφάλαιο 10 · Θαλάσσια Κύματα (σελ. 130) – ΝΑΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ Β ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 10 · Θαλάσσια Κύματα (σελ. 130)

Απαντήσεις στις Ερωτήσεις Επανάληψης & στις Ασκήσεις-Εργασίες του βιβλίου.

Κύμα, στοιχεία ΚΑΙ κυματισμός/αποθαλασσία

Ερώτηση: (Ερ. 1) Τι είναι κύμα; Ποια είναι τα στοιχεία που περιγράφουν ένα κύμα; (Ερ. 2) Τι προκαλεί τα κύματα; (Ερ. 3) Περιγράψτε τη διαφορά κυματισμού και αποθαλασσίας. (Ερ. 10) Τι είναι κυματισμός και τι αποθαλασσία; Περιγράψτε με συντομία ομοιότητες και διαφορές.

Απάντηση:

• Κύμα: το φαινόμενο της παλινδρομικής κατακόρυφης κίνησης (ύψωση-ταπείνωση) της επιφάνειας της θάλασσας· διακρίνεται σε θαλάσσιο και ωκεάνειο. Τα μόρια του νερού δεν μετατοπίζονται (εκτελούν κυκλικές ή ελλειπτικές τροχιές)· μετατοπίζεται μόνο η διαταραχή.
• Στοιχεία: μήκος κύματος λ (απόσταση διαδοχικών κορυφών ή κοιλάδων), ύψος Η (από κοιλάδα ως γειτονική κορυφή), περίοδος Τ (χρόνος ανάμεσα σε δύο διαδοχικές κορυφές), ταχύτητα V = λ/Τ, κλίση ή οξύτητα δ = Η/λ (πάνω από 1/13 το κύμα σπάει) και ανάπτυγμα (fetch).
• Αιτίες: κυρίως η επίδραση του ανέμου· επίσης η διάδοση κυμάτων από άλλες περιοχές (αποθαλασσία), υποθαλάσσιοι σεισμοί, παλίρροιες κτλ.
• Κυματισμός: τα κύματα που δημιουργούνται από τον άνεμο στην ίδια θαλάσσια περιοχή. Αποθαλασσία: τα κύματα που έρχονται από άλλη περιοχή (ακόμη και 2000 ναυτικά μίλια μακριά) ή που σχηματίσθηκαν τοπικά και παραμένουν αφού κοπάσει ο άνεμος. Ομοιότητα: και τα δύο είναι κύματα από άνεμο· διαφορά: ο κυματισμός οφείλεται στον άνεμο που πνέει τώρα στην περιοχή, η αποθαλασσία όχι.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κύμα = παλινδρομική κατακόρυφη κίνηση της επιφάνειας· στοιχεία: μήκος, ύψος, περίοδος, ταχύτητα, οξύτητα, ανάπτυγμα· αιτία κυρίως ο άνεμος· κυματισμός = από τον τοπικό άνεμο, αποθαλασσία = από άλλη περιοχή ή μετά την παύση του ανέμου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ορισμός, πλήρη στοιχεία κύματος και σωστή διάκριση κυματισμού-αποθαλασσίας.

Ειδικά κύματα

Ερώτηση: (Ερ. 4) Τι προκαλεί τα σεισμικά κύματα; Είναι περισσότερο επικίνδυνα στην ακτή ή στην ανοικτή θάλασσα; Εξηγείστε. (Ερ. 5) Περιγράψτε σε τι διαφέρουν τα Παλιρροϊκά κύματα από τα κύματα Παλίρροιας. (Ερ. 6) Τι προκαλεί τα Κύματα Καταιγίδων (Storm Waves);

Απάντηση:

• Σεισμικά κύματα (Tsunamis): προκαλούνται από ξαφνική αναταραχή του πυθμένα ή της ακτής λόγω σεισμού, ηφαιστειακής δραστηριότητας ή κατακρήμνισης. Στην ανοικτή θάλασσα το ύψος τους δεν ξεπερνά τα τρία πόδια (μήκος έως 100 ναυτικά μίλια, ταχύτητα 400 κόμβων και άνω)· πλησιάζοντας στις ακτές επιβραδύνονται και το ύψος τους φθάνει τα 50 πόδια. Άρα είναι πολύ πιο επικίνδυνα στην ακτή.
• Παλιρροϊκά κύματα (Tidal Waves): είναι τα σεισμικά κύματα όταν συναντούν και κατακλύζουν την ακτή — δεν έχουν καμία σχέση με την παλίρροια. Κύματα Παλίρροιας (Tide Waves): η άνοδος της στάθμης με την πλήμμη, σε στενούς κόλπους και εκβολές ποταμών, δημιουργεί ένα μέτωπο κύματος που κινείται προς το εσωτερικό.
• Κύματα Καταιγίδων: υπό την επίδραση καταιγίδας υψώνεται η στάθμη της θάλασσας και δημιουργείται κύμα αντίστοιχο με το παλιρροϊκό στις ακτές. Μηχανισμοί (δρουν αθροιστικά): η πίεση του ανέμου που συσσωρεύει νερό προς την ακτή· η συμβολή ρευμάτων από τον άνεμο· η χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση που ανυψώνει τη στάθμη με αναρρόφηση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Tsunami από σεισμό, ηφαίστειο ή κατακρήμνιση — επικίνδυνα στην ακτή (έως 50 πόδια), όχι στα ανοικτά (≤3 πόδια)· Tidal Waves = tsunami στην ακτή (άσχετα με την παλίρροια), Tide Waves = μέτωπο κύματος πλήμμης σε κόλπους/εκβολές· Storm Waves από ανύψωση στάθμης λόγω ανέμου, ρευμάτων και χαμηλής πίεσης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σωστή διάκριση Tidal Waves / Tide Waves κατά το βιβλίο και οι τρεις μηχανισμοί των κυμάτων καταιγίδων.

Παράγοντες ΚΑΙ αβαθή

Ερώτηση: (Ερ. 7) Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν τα στοιχεία κύματος; (Ερ. 8) Εξηγείστε το μηχανισμό που προκαλεί την αύξηση του ύψους κύματος κοντά σε ακτές και αβαθή. (Ερ. 9) Εξηγείστε το μηχανισμό που έχει ως αποτέλεσμα την παραλληλία των μετώπων κύματος με την ακτογραμμή. (Ερ. 11) Τι είναι και που εμφανίζονται κύματα που θραύονται και κυματωγή (Breakers and Surf);

Απάντηση:

• Παράγοντες: η ένταση του ανέμου, ο χρόνος που φυσά και το μέγεθος της θαλάσσιας περιοχής (ανάπτυγμα)· επίσης τα αβαθή, τα θαλάσσια ρεύματα, ο θαλάσσιος πάγος και το λάδι.
• Αβαθή: όταν το βάθος γίνει μικρότερο από το μισό μήκος κύματος, η κίνηση του νερού παρεμποδίζεται από τον πυθμένα· το κύμα επιβραδύνεται και το μήκος του μειώνεται. Επειδή η ενέργειά του παραμένει σταθερή, το ύψος αυξάνεται.
• Παραλληλία μετώπων (διάθλαση): όταν το μέτωπο φθάνει στην ακτή υπό γωνία, κάθε τμήμα του επιβραδύνεται διαδοχικά (πρώτα όποιο μπαίνει στα ρηχά), οπότε το μέτωπο στρέφεται ώστε να έρθει παράλληλα με την ακτή.
• Κύματα που θραύονται-κυματωγή: κοντά στην παραλία ή στα αβαθή, λόγω επιβράδυνσης και όξυνσης, οι κορυφές κάμπτονται και σπάζουν δημιουργώντας αφρούς· η σειρά των κυμάτων που σπάζουν λέγεται κυματωγή και μπορεί να αποκαλύψει επικίνδυνα αβαθή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Παράγοντες: ένταση-διάρκεια ανέμου, ανάπτυγμα, αβαθή, ρεύματα, πάγος, λάδι· στα αβαθή το κύμα επιβραδύνεται, μικραίνει το μήκος και ψηλώνει· η διαδοχική επιβράδυνση στρέφει τα μέτωπα παράλληλα στην ακτή· θραύση κορυφών κοντά στην ακτή = κυματωγή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μηχανισμός διατήρησης ενέργειας στα αβαθή και μηχανισμός διάθλασης.

Πάγος, ρεύμα, λάδι

Ερώτηση: (Ερ. 12) Πώς επιδρά η παρουσία θαλάσσιου πάγου στον κυματισμό; Εξηγείστε. (Ερ. 13) Πώς επιδρά το θαλάσσιο ρεύμα στον κυματισμό; (Ερ. 14) Πώς επιδρά το λάδι στον κυματισμό; Εξηγείστε.

Απάντηση:

• Θαλάσσιος πάγος: όταν αρχίσει ο σχηματισμός παγοκρυστάλλων, η εσωτερική τριβή του νερού αυξάνεται πολύ (γίνεται «παχύρρευστο») και το κύμα μειώνεται σημαντικά· ακόμη περισσότερο όταν σχηματισθεί θαλάσσιος πάγος — ένα πλοίο μπορεί να κινείται σε γαλήνια θάλασσα ανάμεσα στους πάγους, ενώ έξω ο κυματισμός είναι υψηλός.
• Ρεύμα: ομόρροπο με τον κυματισμό αυξάνει το μήκος και μειώνει το ύψος (και την οξύτητα)· αντίθετο μειώνει το μήκος και αυξάνει το ύψος (και την οξύτητα)· υπό γωνία συνήθως δεν προκαλεί αξιοσημείωτες μεταβολές, εκτός αν είναι εξαιρετικά ισχυρό, οπότε μπορεί να διαλύσει τον κυματισμό.
• Λάδι: ελαττώνει τον κυματισμό, γιατί είναι ελαφρύτερο από το νερό και επιπλέει, αλλά και πιο παχύρρευστο από αυτό. Χρησιμοποιείται στο κατέβασμα λέμβων σε μεγάλο κυματισμό, αλλά πρέπει να αποφεύγεται για την προστασία του θαλάσσιου περιβάλλοντος.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Πάγος: αυξάνει την εσωτερική τριβή και μειώνει πολύ τον κυματισμό· ρεύμα ομόρροπο → μακρύτερα, χαμηλότερα κύματα, αντίθετο → κοντύτερα, υψηλότερα, υπό γωνία → συνήθως καμία αλλαγή· λάδι: ελαφρύτερο και παχύρρευστο → ελαττώνει τον κυματισμό (να αποφεύγεται για το περιβάλλον).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σωστή επίδραση κάθε παράγοντα με την εξήγηση του βιβλίου.

Beaufort 8 → κατάσταση θάλασσας

Ερώτηση: Το μετεωρολογικό δελτίο προβλέπει Βορείους Ανέμους έντασης 8 κλίμακας Beaufort, στο Αιγαίο. Ποιο εκτιμάτε ότι θα είναι το ύψος, η περίοδος, η κατάσταση θάλασσας (κλίμακα Douglas) και η ταχύτητα του κύματος στα ανοιχτά ανάμεσα στην Σκύρο και τη Χίο; (Υπόδειξη: Στο χάρτη σας υπολογίστε ανάπτυγμα (fetch) και χρησιμοποιείστε το για να υπολογίσετε τα υπόλοιπα μεγέθη από τους πίνακες και τους τύπους του υποκεφαλαίου «Άνεμος και Θαλάσσια Κύματα». Να προσέξετε πολύ τις μονάδες!). Κάτω από ποιες συνθήκες θα βρίσκατε μικρότερο μεν κυματισμό από αυτόν που υπολογίσατε, αλλά αυξανόμενο;

Απάντηση:

• Ανάπτυγμα: με βόρειο άνεμο μετράμε στο χάρτη την απόσταση από την ακτή (ή το νησί) που βρίσκεται βόρεια του σημείου ανάμεσα στη Σκύρο και τη Χίο· προκύπτει ανάπτυγμα της τάξης των 50-100 ναυτικών μιλίων.
• Πίνακας 14 (Beaufort 8): για 50 μίλια: ύψος 15,7 πόδια ≈ 4,8 μ., περίοδος 5,6 s, ελάχιστος χρόνος 7,7 ώρες· για 100 μίλια: ύψος 20,5 πόδια ≈ 6,2 μ., περίοδος 6,9 s, ελάχιστος χρόνος 12,8 ώρες.
• Κλίμακα Douglas: ύψος 4-6 μ. → κωδικός 6 (Κλυδώνιον)· 6-9 μ. → κωδικός 7 (Κλύδων)· άρα περίπου Douglas 6 έως 7.
• Ταχύτητα κύματος (βαθιά νερά, \( V = 5{,}12\,T \) σε πόδια/s): για \( T = 5{,}6 \) s, \( V \approx 28{,}7 \) πόδια/s ≈ 8,7 m/s ≈ 17 κόμβοι· για \( T = 6{,}9 \) s, \( V \approx 35{,}3 \) πόδια/s ≈ 10,8 m/s ≈ 21 κόμβοι.
• Μικρότερος αλλά αυξανόμενος κυματισμός: όταν ο άνεμος φυσά για λιγότερο χρόνο από τον ελάχιστο χρόνο Χ του πίνακα (π.χ. λιγότερο από 7,7-12,8 ώρες)· τότε ο κυματισμός δεν έχει αναπτυχθεί πλήρως και συνεχίζει να αυξάνεται όσο διαρκεί ο άνεμος.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Με ανάπτυγμα 50-100 μίλια: ύψος ≈ 4,8-6,2 μ. (15,7-20,5 πόδια), περίοδος ≈ 5,6-6,9 s, Douglas 6-7, ταχύτητα ≈ 17-21 κόμβοι· μικρότερος αλλά αυξανόμενος κυματισμός όταν ο άνεμος πνέει λιγότερο από τον ελάχιστο χρόνο του πίνακα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: χρήση αναπτύγματος και Πίνακα 14, προσοχή στις μονάδες (πόδια → μέτρα) και σύνδεση του «αυξανόμενου» κυματισμού με τον ελάχιστο χρόνο πνοής.

Κλίμακα Beaufort ΚΑΙ κατάσταση θάλασσας Douglas

Ερώτηση: Μελετήστε την κλίμακα Beaufort (σε προηγούμενο κεφάλαιο) και την κλίμακα Douglas. Στη συνέχεια, με κριτήριο το ύψος κύματος, προσθέστε στην κλίμακα Beaufort μία ακόμη στήλη, όπου θα γράψετε την κατάσταση θάλασσας, περίπου, για κάθε υποδιαίρεση της κλίμακας Beaufort. Τέλος, εξηγείστε σε μία παράγραφο ποιοι οι λόγοι που ο πίνακας που μόλις κατασκευάσατε είναι ενδεικτικός (προσεγγιστικός) και όχι ακριβής.

Απάντηση:

• Αντιστοιχίζουμε το μέσο ύψος κύματος της κλίμακας Beaufort (Πίνακας 6) με τα όρια της κλίμακας Douglas (Πίνακας 15):
• Beaufort 0 (—) → Douglas 0 (Λιπαρά Γαλήνη)· 1 (0,1 μ.) → 1 (Γαλήνη)· 2 (0,2 μ.) → 2 (Ευθαλάσσια)· 3 (0,6 μ.) → 3 (Κυματισμός)· 4 (1,0 μ.) → 3 (Κυματισμός).
• Beaufort 5 (2,0 μ.) → 4 (Σάλος)· 6 (3,0 μ.) → 5 (Επίσαλος)· 7 (4,0 μ.) → 5-6 (Επίσαλος-Κλυδώνιον)· 8 (5,5 μ.) → 6 (Κλυδώνιον).
• Beaufort 9 (7,0 μ.) → 7 (Κλύδων)· 10 (9,0 μ.) → 7-8 (Κλύδων-Μαινόμενη)· 11 (11,5 μ.) → 8 (Μαινόμενη)· 12 (>14 μ.) → 9 (Παράφορος).
• Γιατί ενδεικτικός: το ύψος κύματος δεν εξαρτάται μόνο από την ένταση του ανέμου, αλλά και από το χρόνο που φυσά και το μέγεθος της θαλάσσιας περιοχής (ανάπτυγμα)· σε κλειστές θάλασσες τα κύματα δεν ψηλώνουν πολύ. Επίσης επηρεάζεται από αποθαλασσία, ρεύματα, αβαθή, πάγο· γι' αυτό η κλίμακα Beaufort δίνει ύψος μόνο ενδεικτικά.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Beaufort 0-4 → Douglas 0-3, 5 → 4, 6 → 5, 7 → 5-6, 8 → 6, 9 → 7, 10 → 7-8, 11 → 8, 12 → 9· ο πίνακας είναι ενδεικτικός γιατί το ύψος κύματος εξαρτάται και από τη διάρκεια του ανέμου, το ανάπτυγμα και άλλους παράγοντες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σωστή αντιστοίχιση των υψών των δύο πινάκων και αιτιολόγηση με διάρκεια ανέμου και ανάπτυγμα.