Clapotis

Sóng tới (màu đỏ) đập vào bờ tường và tạo ra sóng phản xạ (màu xanh), kết quả giao thoa của hai loại sóng trên tạo ra sóng bập bềnh (màu đen).

Trong thủy động lực học, clapotis (tạm dịch: sóng bập bềnh) là một dạng sóng dừng không vỡ, có thể gây ra bởi hiệu ứng phản xạ của một đợt sóng sau khi đập vào những bề mặt gần như thẳng đứng, như đê chắn sóng, đê biển hoặc vách đá dốc đứng.^[1][2][3][4]

Hệ quả là sóng bập bềnh^[5] vừa không truyền theo phương ngang, mà thay vào đó là tuân theo mô hình các nút và bụng sóng cố định.^[6] Các sóng này đẩy mạnh sự xói mòn tại chân tường,^[7] và có thể dẫn đến những tổn hại nghiêm trọng cho các cấu trúc ven bờ.^[8] Trong tiếng Pháp và tiếng Anh, người ta gọi sóng bập bềnh là clapotis, theo thuật ngữ do nhà toán học kiêm nhà vật lý người Pháp Joseph Valentin Boussinesq đặt ra năm 1877, khi ông gọi các cơn sóng này là ‘le clapotis’, nghĩa là ‘sóng vỗ’.^[9][10]

Trong điều kiện lý tưởng, tồn tại trạng thái "sóng bập bềnh toàn phần", khi một sóng tới đơn điệu thuần túy được phản xạ hoàn toàn vuông góc với một bề mặt đặc rắn thẳng đứng,^[11][12] lúc này độ cao sóng dừng bằng hai lần độ cao sóng tới ở khoảng cách một nửa bước sóng tính từ bờ tường.^[13] Trong trường hợp này, những quỹ đạo xoay vòng của các chất điểm hạt nước trong sóng nước sâu được chuyển đổi thành chuyển động thẳng thuần túy, với vận tốc hướng dọc tại các bụng sóng và vận tốc hướng ngang tại các nút sóng.^[14] Các sóng dừng luân phiên dao động lên xuống đối xứng với nhau, do động năng được chuyển thể thành thế năng, và ngược lại.^[15]

Trong cuốn sách xuất bản năm 1907 Naval Architecture, Cecil Peabody đã mô tả hiện tượng này như sau:

Ở bất kì mặt cắt tức thời nào dọc theo mặt nước đều tựa như một sóng trocoit, nhưng thay vì hiện ra sang trái hay phải, mặt cắt lại phát sinh từ một bề mặt ngang, đạt đến sự phát triển tối đa và sau đó phẳng lại đến khi trở về mặt ngang lần nữa; ngay lập tức một profin sóng khác sẽ hình thành với đỉnh của nó là nơi các hõm hình thành trước đây, sẽ phát triển lên và tiếp tục phẳng lại, v.v... Nếu chú ý tập trung vào một đỉnh sóng nào đó, ta sẽ thấy nó phát triển đến độ cao lớn nhất, hạ dần đi và tiếp đất cùng nơi với hõm sóng tương ứng, và khoảng thời gian giữa những cấu thành nối tiếp của các đỉnh sóng ở một vị trí nhất định sẽ xuất hiện đồng thời với một trong những sóng thành phần."^[16]

Hiện tượng liên quan

Sóng bập bềnh một phần.

Sóng bập bềnh thật sự rất hiếm, do độ sâu của nước hoặc tính dốc đứng của bờ không thể hoàn toàn thỏa mãn các điều kiện lý tưởng.^[15] Trong thực tế lại hay xảy ra trạng thái sóng bập bềnh một phần (tiếng Anh: partial clapotis), khi một phần năng lượng sóng tới bị triệt tiêu tại bờ,^[17] khiến tỉ lệ số lượng sóng tới được phản xạ dưới 100%,^[11] và chỉ có sóng dừng một phần được hình thành trong đó gồm các hạt nước chuyển động theo quỹ đạo elip.^[18] Điều này cũng có thể xảy ra dưới biển giữa hai đợt sóng khác biệt có bước sóng gần tương đương chuyển động theo những hướng ngược nhau, nhưng với biên độ không bằng nhau.^[19] Đường bao sóng của sóng bập bềnh một phần chứa một số chuyển động hướng dọc tại các nút sóng.^[19]

Khi một đợt sóng đánh vào bờ ở một góc xiên, thì đợt sóng phản xạ rời đi ở một góc bù sinh ra một dạng sóng giao thoa đường chéo song song gọi là clapotis gaufré (tạm dịch: bập bềnh bánh quế).^[8] Trong tình huống này, các đỉnh sóng riêng rẽ được hình thành tại nơi giao cắt của các đỉnh của đợt sóng tới và sóng phản xạ lan truyền song song với cấu trúc ven bờ. Chuyển động sóng này khi kết hợp với các xoáy nước tổng hợp có thể xói mòn các vật liệu từ đáy biển, và chuyển vận chúng dọc theo bờ tường, làm xói lở chân cấu trúc cho tới khi nó sụp đổ.^[8]

Các sóng bập bềnh trên bề mặt biển cũng phát ra những microbarom hạ âm vào khí quyển, và các tín hiệu địa chấn gọi là vi địa chấn đi kèm xuyên qua đáy biển tới lớp đặc rắn của Trái Đất.^[20]

Sóng bập bềnh còn được coi là thử thách và niềm vui khi chơi môn kayak biển.^[21]

Xem thêm

• Sóng độc

Chú thích

1. “clapotis”. Glossary of Meteorology. Hiệp hội Khí tượng học Hoa Kỳ. Bản gốc lưu trữ ngày 31 tháng 10 năm 2007. Truy cập ngày 27 tháng 11 năm 2007.
2. “clapotis”. Glossary of Scientific Terms. Đại học Alberta. Bản gốc lưu trữ ngày 27 tháng 10 năm 2007. Truy cập ngày 27 tháng 11 năm 2007.
3. Eid, B. M.; Zemell, S. H. (1983). “Phép phân tích năng lượng của một máy bơm bị ngưng lại trong một chiếc giếng thẳng đứng nối với đại dương”. Canadian Journal of Civil Engineering. 10 (3): 481–491. doi:10.1139/l83-075. Hệ thống sóng dừng do hiệu ứng phản xạ của một làn sóng tiến tời từ một bờ tường thẳng đứng (sóng bập bềnh)…Eid, Bassem M.; Zemell, Sheldon H. (1984). “Erratum: Phép phân tích năng lượng của một máy bơm bị ngưng lại trong một chiếc giếng thẳng đứng nối với đại dương”. Canadian Journal of Civil Engineering. 11: 137. doi:10.1139/l84-025.
4. chuẩn bị bởi Ủy ban công tác về Sách tóm tắt Thủy học của Nhóm Quản lý D thuộc Hiệp hội Kĩ sư Dân dụng Mỹ. (1996). Hydrology handbook. New York: ASCE. ISBN 0-7844-0138-1. Những cách đơn giản hóa này giả định rằng một dạng sóng dừng, gọi là clapotis, hình thành ở phía trước bờ tường nơi đợt sóng tới và sóng phản xạ kết hợp.
5. Carter, Bill (1989). Những môi trường ven biển: giới thiệu về hệ thống vật lý, sinh thái và văn hóa của đường bờ biển. Boston: Academic Press. tr. 50. ISBN 0-12-161856-0. …nếu sóng truyền chính xác theo hướng ngược lại thì sóng dừng, hay clapotis có thể phát triển.
6. Matzner, Richard A. (2001). Từ điển về địa vật lý, vật lý thiên văn và thiên văn học (PDF). Boca Raton: CRC Press. tr. 81. ISBN 0-8493-2891-8. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 22 tháng 7 năm 2007. Truy cập ngày 4 tháng 2 năm 2016. clapotis…hiền thị một đợt sóng dừng hoàn chỉnh — không truyền theo chiều ngang nhưng thay vào đó có các nút và bụng sóng riêng biệt.
7. Beer, Tom (1997). Environmental oceanography. Boca Raton: CRC Press. tr. 44. ISBN 0-8493-8425-7. ... năng lượng sóng phản xạ tương tác với đợt sóng đến để tạo ra các sóng dừng được gọi là clapotis, nhằm đẩy mạnh sự xói mòn tại chân tường.
8. ^ Fleming, Christopher; Reeve, Dominic; Chadwick, Andrew (2004). Coastal engineering: processes, theory and design practice. London: Spon Press. tr. 47. ISBN 0-415-26841-9. Clapotis Gaufre Khi sóng tới ở một góc α đến pháp tuyến từ một ranh giới thắng đứng, sóng phản xạ sẽ hướng ra một góc α ở phía đối diện của pháp tuyến.
9. Iooss G. (2007). “J. Boussinesq và vấn đề đợt sóng dừng” (PDF). C. R. Mecanique. 335 (9–10): 584–589. Bibcode:2007CRMec.335..584I. doi:10.1016/j.crme.2006.11.007. Truy cập ngày 28 tháng 11 năm 2007. Trong Chú giải ngắn này chúng tôi giới thiệu đóng góp ban đầu của Boussinesq đến lý thuyết phi tuyến của vấn đề sóng nước chảy theo hai chiều thẳng đứng, mà ông định nghĩa là ‘le clapotis’.
10. Iooss, G.; Plotnikov, P. I.; Toland, J. F. (2005). “Standing Waves on an Infinitely Deep Perfect Fluid Under Gravity” (PDF). Archive for Rational Mechanics and Analysis. 177 (3): 367–478. Bibcode:2005ArRMA.177..367I. doi:10.1007/s00205-005-0381-6. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 22 tháng 2 năm 2007. Truy cập ngày 29 tháng 11 năm 2007. Chúng tôi tin rằng, Boussinesq năm 1877 là người đầu tiên đối đầu với đợt sóng dừng phi tuyến. Trong trang từ 332-335 và 348-353 [7]đề cập đến ‘le clapotis’, nghĩa là đợt sóng dừng và cách xử lý của anh, bao gồm những trường hợp của chiều sâu có hạn và vô hạn, là một lý thuyết phi tuyến đưa đến lệnh thứ hai trong độ rộng lớn.
11. ^ “D.4.14 Glossary”. Guidelines and Specifications for Flood Hazard Mapping Partners (pdf). Federal Emergency Management Agency. tháng 11 năm 2004. CLAPOTIS - từ đồng nghĩa với tiếng Anh (STANDING WAVE) nghĩa là sóng dừng. Trong cách dùng của Mỹ nó thường liên quan đến hiện tượng sóng dừng gây ra bởi hiệu ứng phản xạ của một đợt sóng không vỡ sau khi đập vào những bề mặt thẳng đứng gần như thẳng đứng. Toàn bộ clapotis là một trong 100% hiệu ứng phản xạ của lượng sóng tới; từng clapotis là một trong ít hơn 100 hiệu ứng phản xạ đó.
12. Mai, S.; Paesler, C. and Zimmermann, C. (2004). “Wellen und Seegang an Küsten und Küstenbauwerken mit Seegangsatlas der Deutschen Nordseeküste: 2. Seegangstransformation (Waves and Sea State on Coasts and Coastal Structures with Sea State Atlas of the German North Sea Coast: 2. Sea State Transformation)” (PDF). Universität Hannover. Truy cập ngày 2 tháng 12 năm 2007. Ein typischer extremer Fall von Reflektion tritt an einer starren senkrechten Wand auf. (Một trường hợp điển hình của phản xạ xảy ra trên một bờ tường thẳng cứng.)
13. Jr, Ben H. Nunnally (2007). Construction of Marine and Offshore Structures, Third Edition. Boca Raton, FL: CRC Press. tr. 31. ISBN 0-8493-3052-1. Sóng tác động lên một bờ tường thẳng của một két sắt hoặc của xà lan đều bị phản xạ hoàn toàn, tạo nên sóng dừng hoặc clapotis có chiều cao sóng gần gấp đôi, ở khoảng cách từ bờ tường có chiều cao bằng một nửa sóng.
14. van Os, Magchiel (2002). “4.2 Pressures due to Non-Breaking Waves”. Breaker Model for Coastal Structures: Probability of Wave Impacts on Vertical Walls. Technische Universiteit Delft, Hydraulic and Offshore Engineering division. tr. 4–33. Bản gốc lưu trữ ngày 5 tháng 12 năm 2007. Truy cập ngày 28 tháng 11 năm 2007. Hiện tượng này còn được gọi là "Clapotis" và những quỹ đạo tròn trong chuyển động của hạt biến thành đường thẳng, gây ra vận tốc hướng dọc tại các bụng sóng và vận tốc hướng ngang tại các nút sóng.
15. ^ Woodroffe, C. D. (2003). Coasts: form, process, and evolution. Cambridge, UK: Cambridge University Press. tr. 174. ISBN 0-521-01183-3. Sóng dừng sẽ luân phiên tăng và giảm vì động năng được chuyển thành thế năng và ngược lại.
16. Peabody, Cecil Hobart (1904). Naval architecture. New York: J. Wiley & Sons. tr. 287. Hiện tượng này nhìn thấy rõ nhất khi một đợt sóng bị phản xạ từ một vách chắn sóng thẳng đứng, được biết đến là clapotis.
17. Hirayama, K. (2001). “Numerical Simulation of Nonlinear Partial Standing Waves using the Boussinesq Model with New Reflection Boundary”. Report ff the Port and Airport Research Institute. 40 (4): 3–48. Tuy nhiên, các đợt sóng ở trước vách chắn sóng thực và đê chắn sóng cảng là sóng dừng khiến một phần năng lượng sóng tới bị triệt tiêu tại bờ…
18. Leo H. Holthuijsen (2007). Waves in Oceanic and Coastal Waters. Cambridge, UK: Cambridge University Press. tr. 224. ISBN 0-521-86028-8. Một đợt sóng dừng một phần do (một phần) phản xạ của sóng tới đập vào một chướng ngại vật. Hình elip là quỹ đạo của các hạt nước khi chúng chuyển động trong một chu kì sóng.
19. ^ Silvester, Richard (1997). Coastal Stabilization. World Scientific Publishing Company. ISBN 981-02-3154-7. Nếu đợt sóng tới ngược nhau có chiều cao nhỏ hơn so với sóng khác, vì là phản xạ một phần từ bờ tường, dẫn đến các nút và bụng sẽ ở cùng một vị trí nhưng quỹ đạo của hạt nước sẽ không theo đường thẳng.
20. Tabulevich, V. N.; Ponomarev, E. A.; Sorokin, A. G.; Drennova, N. N. (2001). “Standing Sea Waves, Microseisms, and Infrasound”. Izv. Akad. Nauk, Fiz. Atmos. Okeana. 37: 235–244. Bản gốc lưu trữ ngày 3 tháng 3 năm 2016. Truy cập ngày 28 tháng 11 năm 2007. Trong quá trình này, do sự cản trở của những đợt sóng có hướng khác nhau xảy ra, tạo nên sóng nước dừng, hay còn gọi là clapotis.…Để kiểm tra và định vị các sóng này, cần đề xuất dùng những tính chất của chúng để sử dụng ("bơm") áp suất biển đổi lên đáy đại dương, tạo ra các rung động vi mô và để phát ra sóng hạ âm vào khí quyển.
21. “Clapotis”. 2010. Bản gốc lưu trữ ngày 3 tháng 4 năm 2017. Truy cập ngày 2 tháng 4 năm 2017.

Đọc thêm

• Étude du clapotis Hires, G. (1960). La Houille Blanche. 15: 153–63
• Boussinesq, J. (1872). "Théorie des ondes liquides périodiques". Mémoires présentés par divers savants à l'Académie des Sciences. Paris. 20: 509–616
• Boussinesq, J. (1877). "Essai sur la théorie des eaux courantes". Mémoires présentés par divers savants à l'Académie des Sciences. Paris. 23 (1): 1–660
• Leméhauté, B.; Collins, J. I. (1961). Clapotis và Phản xạ của sóng: Với một ứng dụng để thiết kế đê chắn sóng thẳng đứng. Civil Engineering Dept., Đại học của Queen tại Kingston, Ontario

Liên kết ngoài

• Willi Water (ngày 11 tháng 3 năm 2010). “Clapotis Wave Action” (Video) – qua YouTube.

"Clapotis" là một bài viết tốt của Wikipedia tiếng Việt. Mời bạn xem phiên bản đã được bình chọn vào ngày 12 tháng 6 năm 2017 và so sánh sự khác biệt với phiên bản hiện tại.