EXPERIMENT 33計算モデル

波と一緒に、水も進む？

波の山と、1粒の水の動きを見比べる。

波の形が進む方向と、水の小さな動きを比べます。水深を変えると、水の動く軌道も変わります。

まず、やってみよう「動かす」を押してから「浅い海」を試す。

見るところ上の波は右へ進み、下の点はその場の近くを動きます。

下の3つの軌道は同じ倍率。波の振幅・粒子の動き・深さの配置は説明用に拡大しています。

条件を変えて、比べよう

波長100 m

水深50 m

波の進み具合0 周期

今の条件では

計算モデル

ひとことで

波が進むことと、水がずっと同じ向きへ流れることは別。

どうして、そうなるの？

波は、水面の上下の変化が隣へ伝わる現象です。1粒の水の動きを追うと、波の山と一緒に遠くまで進むわけではありません。

小さな波の近似では、深い海の表面近くの水は円に近い軌道、浅い海では横に長い軌道を描きます。海底では上下に動けません。

現実には、波によるゆっくりした正味の移動や海流もあります。この図はそれらを省いた、一次近似の動きです。

計算のしくみ・この模型の限界

k = 2π/L、ω² = gk tanh(kh)、周期 T = 2π/ω、位相速度 c = ω/k。群速度 cg = c[1 + 2kh/sinh(2kh)]/2。

1. 小振幅・一定水深の線形重力波。表面張力、砕波、海流、波を作る風の過程は含みません。

2. 水粒子の軌道は一次の変位近似です。ストークスドリフトなど、二次以上の効果は描きません。

3. 水の軌道は共通の倍率で拡大し、上下の深さは模式配置しています。

数値はブラウザ内で計算しています。入力は送信されず、解析タグ・Cookie・外部ライブラリも使いません。元記事の結論全体を再現する道具ではありません。

参考にした資料

資料は考え方・式・近似条件の確認用です。図と日本語の説明文、操作・計算コードはこの版で新規制作しています。