É impossível ir à praia e não se encantar pelo vai e vem das ondas. Se a superfície do mar não fosse perturbada pelo vento ou por outros fatores que apresentaremos nesse post (como terremotos), ela seria naturalmente lisa. Porém sabemos que a superfície do mar não é lisa, e sim cheia de ondulações. Uma onda oceânica é uma ondulação na superfície do mar que tem movimento regular: a água sobe formando a crista da onda (ponto de máxima elevação) e desce formando o cavado (ponto de mínima elevação, também chamado de vale ou cava). Assim como as ondas sonoras, que aprendemos no colégio, ou as ondas que formamos ao brincar com uma corda, as ondas oceânicas distinguem-se umas das outras pelas seguintes propriedades: 1) altura - distância vertical que separa a crista do cavado; 2) comprimento - distância horizontal entre a crista de uma onda e a crista da onda seguinte (veja a figura abaixo); e 3) período - tempo que duas cristas sucessivas levam para passar por um ponto fixo, como a perna de um píer.
Representação de onda com suas nomeclaturas (Fonte: Bate Papo Com Netuno com Licença CC BY SA 4.0)
Uma das maneiras de classificar as ondas é através do período. Por exemplo, as ondas capilares têm períodos de menos de um décimo de segundo. Estas são facilmente vistas em um mar liso e calmo quando uma rajada de vento perturba abruptamente a superfície da água, criando ondas muito pequenas, de curta duração. Já os tsunamis têm períodos longos, da ordem de minutos e horas, e são gerados por perturbações submarinas, como um terremoto. Porém, os períodos de ondas mais longos são das marés. Sim, você não leu errado: marés são ondas com grande comprimento, que ocasionam o aumento e a diminuição do nível do mar com um período distinto, entre 12 e 24 horas dependendo do local em que você estiver na Terra (já falamos sobre marés aqui).
Engana-se quem acha que as ondas ocorrem apenas na superfície dos oceanos. Um tipo de onda, chamado de onda interna, ocorre debaixo da água e se move ao longo das picnoclinas, que são as superfícies que separam as massas de água de diferentes densidades. Essas ondas internas viajam a velocidades muito menores do que as ondas de superfície, pois a diferença de densidade entre duas massas de água é bem menor do que entre o ar e a água. No entanto, seu período e comprimento são relativamente longos (medidos em minutos e em centenas de metros, respectivamente). Além disso, as maiores ondas internas podem atingir ou mesmo exceder 100 metros de altura, quase três vezes mais altas do que as maiores ondas na superfície.
Mas como estamos habituados com as ondas de superfície geradas pelo vento, focaremos nelas nesse post. Com uma ida à praia você já consegue entender a relação entre a força do vento e o tamanho das ondas: com o aumento da velocidade do vento, aumenta o comprimento, o período e a altura das ondas resultantes, desde que o vento sopre tempo suficiente e a pista (área de água sobre a qual o vento sopra) seja adequada em comprimento.
Outra característica que é fácil de notar é o chamado movimento orbital das partículas de água sob as ondas. Vou dar um exemplo: nadadores no mar logo atrás da arrebentação (zona onde as ondas quebram) são empurrados para cima e em direção à praia à medida em que sobem a frente de uma onda até sua crista e em seguida são empurrados para baixo e mar adentro ao passo que descem a parte de trás da onda até seu cavado. Isso mostra que, com a passagem de uma onda, qualquer coisa que esteja flutuando e todas as partículas de água perturbadas pela onda tendem a retornar ao mesmo ponto de onde começaram. Assim sendo, em teoria, não existe movimento de avanço de massa independentemente do número de ondas que passam pela área: é a energia da onda, e não as partículas de água, que se desloca ao longo da superfície do mar.
Exemplo de como uma partícula (no caso, uma gaivota) se mantém parada, enquanto a energia da onda se desloca, perturbando a superfície do mar. Fonte
Quanto maior for a onda, maior será o tamanho da órbita formada. O tamanho das órbitas diminui rapidamente com a profundidade e não é detectável em profundidades iguais a cerca de metade do comprimento da onda. Os mergulhadores estão bem cientes desse efeito por escaparem de serem empurrados pelas ondas ao nadar em direção ao fundo. Inclusive, há diversos relatos de mergulhadores usando equipamento SCUBA (aquele com cilindro de ar) sobrevivendo a tsunamis por estarem abaixo d’água!
Representação de ondas curta (direita) e longa (esquerda). (Fonte: Bate Papo Com Netuno com Licença CC BY SA 4.0)
E o que podemos aprender com essas medidas de onda? Bom, ondas que estão em águas menos profundas que a metade do seu comprimento irão interagir com o fundo do oceano e eventualmente quebrar. A água perto do fundo do mar não consegue se mover em uma órbita circular, apenas “para trás e para frente”, ou seja, as órbitas circulares das partículas de água se tornam elipses achatadas por causa da interferência do fundo. Além disso, a interferência do fundo muda a forma e a velocidade da onda, de modo que uma onda de água profunda é transformada em uma onda de água intermediária e, em seguida, em uma onda de água rasa. Uma onda de água profunda é definida como uma onda que se move na água que é mais profunda do que sua base, que é metade de seu comprimento. Uma onda de água intermediária percorre profundidades que estão entre a metade e um vigésimo do seu comprimento. Por fim, uma onda de água rasa está em uma profundidade inferior a um vigésimo do seu comprimento. É importante notar que esta é uma classificação relativa, o que significa que o comprimento da onda é analisado em relação à profundidade da água. Isso quer dizer que é possível ter ondas de águas profundas em uma banheira cheia com alguns centímetros de água, e ondas de água rasa em um oceano profundo. Uma banheira é uma bacia oceânica inteira para uma formiga, ao passo que essa mesma bacia oceânica não é mais que um laguinho para um titã… é tudo relativo!
As órbitas descritas pelas partículas sob as ondas são circulares para as ondas de águas profundas (esquerda). Já para as ondas de águas rasas, as órbitas das partículas são comprimidas em elipses alongadas (direita) (Fonte: Bate Papo Com Netuno com Licença CC BY SA 4.0).
Quando as ondas começam a interagir com o fundo, elas perdem velocidade por causa do atrito com o fundo. Este atrito também faz com que suas alturas aumentem e seus cavados se tornem achatados. Essa mudança na forma e o aumento da altura refletem a redistribuição da energia da onda com a diminuição da profundidade da água. O que não muda é o período, propriedade fundamental de uma onda. Ou seja, o período de uma onda medido em uma praia será o mesmo ao seu período no momento de sua geração na área de tempestade em mar aberto. Quando a altura é aproximadamente igual a um sétimo do comprimento de onda, a crista fica inclinada e instável; como o atrito com o fundo retarda a base da onda, a parte superior avança e a onda quebra. Esse vídeo explica como as ondas que vemos nas praias se formam e quebram.
Comments