2. Deep-water waves and shallow water waves

2. Deep-water waves and shallow water waves

ลักษณะของคลื่นโดยทั่ว ๆ ไปบริเวณผิวหน้าน้ำในมหาสมุทร จะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ ระหว่างความยาวคลื่นและความลึก โดยความยาวคลื่นจะเป็นตัวกำหนดขนาดวงของการเคลื่อนตัวของ โมเลกุลของน้ำภายในคลื่น ส่วนความลึกจะเป็นตัวกำหนดรูปร่างของคลื่น โดยลักษณะของคลื่นจะมี 3 แบบคือ

1. Deep water waves (คลื่นน้ำลึก)
คลื่นแบบนี้จะวงของคลื่นจะมีรูปร่างเป็นวงกลมเมื่อคลื่นเดินทางในบริเวณที่มีความลึกมากกว่า ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น โดยชั้นน้ำด้านล่างต่ำลงไปจากระดับนี้ จะไม่ได้รับผลใด ๆ จากการเดินทางของคลื่น จากภาพที่ 8.5 จะเห็นได้ว่าวงกลมที่เกิดจากการหมุนของ โมเลกุลของน้ำจะค่อย ๆ เล็กลง ตามระดับความลึก ตัวอย่าง เช่นคลื่นที่เกิดจากลม (wind wave) ที่มีความยาวคลื่น 20 เมตรจะเป็นคลื่นน้ำลึก เมื่อมันเดินทางผ่านบริเวณที่มีความลึกมากกว่า 10 เมตร

ภาพที่ 8.5 คลื่นน้ำลึก (deep water wave)
ที่มา: Garrison (2007)

2. Shallow water waves (คลื่นน้ำตื้น)
เมื่อคลื่นที่เกิดจากลม (wind wave) เดินทางมาที่ตื้นเช่นใกล้ชายฝั่ง ที่ความลึกน้อยกว่า 1 ใน 20 ของความยาวคลื่น วงของคลื่น จะค่อย ๆ แบนลงเรื่อย ๆ แต่จะมีขนาดเท่าเดิมจนกระทั่ง เมื่อถึงพื้นทะเล น้ำจะไม่หมุนเป็นวงแต่จะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาเท่านั้น คลื่นที่มีความยาวคลื่น 20 เมตรจะเป็นคลื่นน้ำตื้น เมื่อมันเดินทางมาถึงบริเวณที่มีความลึกน้อยกว่า 1 เมตร (ภาพที่ 8.6)

ภาพที่ 8.6 คลื่นน้ำตื้น (shallow water wave)
ที่มา: Garrison (2007)

3. Transitional waves 
เมื่อคลื่นเดินทางมาถึงบริเวณที่มีความลึกกว่า 1 ใน 20 ของความยาวคลื่น แต่น้อยกว่า ครึ่งหนึ่ง ของความยาวคลื่น ลักษณะวงและขนาดของคลื่นจะเล็กลงเรื่อย ๆ คลื่นที่มีความยาว คลื่น 20 เมตรจะเป็น transitional wave เมื่อเดินทางมาถึงความลึกระหว่าง 10 เมตร ถึง 1 เมตร

 

ภาพที่ 8.7 Transitional wave
ที่มา: Garrison (2007)

ในจำนวนคลื่น 4 แบบ ที่แสดงไว้ในตารางที่ 8.1 มีเพียง wind wave เท่านั้นที่มีโอกาส เป็นคลื่นน้ำลึก ทั้งนี้เนื่องจากพื้นของมหาสมุทรส่วนใหญ่จะมีความลึกมากกว่า 125 เมตร การที่คลื่นจะมีความยาวคลื่นเป็นครึ่งหนึ่งของความลึกระดับดังกล่าวจะต้องเป็น wind wave ที่ ใหญ่มาก ส่วนคลื่นที่เกิดจากการสั่นสะเทือนจากปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา หรือคลื่นน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งเป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่นยาวมาก ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของมันจะ มากกว่าความลึกโดยทั่วไปของมหาสมุทร ตัวอย่างเช่น สึนามิซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 200 กิโลเมตร มันจะเป็นคลื่นน้ำลึกได้เมื่อเดินทางที่ความลึกมากกว่า 100 กิโลเมตร ซึ่งไม่มีบริเวณใดของมหา สมุทรที่มีความลึกในระดับนี้ seismic wave และคลื่นน้ำขึ้นน้ำลง จึงมีลักษณะเป็นคลื่นน้ำตื้น หรือ transitional wave เท่านั้น
โดยทั่วไป คลื่นที่มีความยาวคลื่นมากเท่าใดก็จะมีความเร็วในการเคลื่อนตัว หรือการส่ง ผ่านพลังงานระหว่างอนุภาคของน้ำมากขึ้นเท่านั้น สำหรับคลื่นน้ำลึกใด ๆ จะมีความสัมพันธ์ดังสมการ

V = L/T 

เมื่อ V คือความเร็วในการเคลื่อนตัวของคลื่น

L คือความยาวคลื่น

T คือคาบเวลา

ในธรรมชาติเราจะวัดความเร็วของคลื่นได้ยาก แต่เราจะสามารถวัดคาบเวลา ของคลื่นได้ในทาง ปฏิบัติ ดังนั้นเราจึงหาความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่นได้จากสมการ

V (หน่วยเป็นเมตรต่อวินาที) = 1.56T มาจาก gt/2π 

สำหรับความเร็วในการเคลื่อนตัวของคลื่นน้ำตื้นนั้นจะหาได้จากความสัมพันธ์ตามสมการ

V=√gd หรือ V=3.1√d (8.4)

เมื่อ V คือ ความเร็วในการเคลื่อนตัวของคลื่นมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที

g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก

d คือความลึกของน้ำมีหน่วยเป็นเมตร