¿Las ondas de agua (es decir, en la superficie del océano) son longitudinales o transversales?

Estoy convencido de que las ondas de agua, por ejemplo:

Onda de agua jpg

son una combinación de longitudinales y transversales. ¿Alguna referencia o prueba de esto o de lo contrario?

Los fluidos no pueden soportar oscilaciones transversales, que yo sepa, pero no puedo pensar en una referencia en mi cabeza.
Las ondas en su imagen exhiben un comportamiento altamente no lineal. Será mucho más fácil responder a la pregunta de las ondas lineales, según lo que desee.
Esta pregunta (¿deliberadamente?) mezcla terminología ambigua con física no trivial. La superficie del océano es solo bidimensional, por lo que tanto las ondas transversales como las longitudinales en la superficie tienen solo 1 polarización, y en realidad no se pueden distinguir matemáticamente. Se trata sólo del formalismo. Lo que habría que preguntarse es la dirección del posible gradiente de presión en el interior del agua. Es principalmente vertical (fuera del plano donde se propaga la onda, por lo que es principalmente longitudinal, a pesar de la ortogonalidad) y luego en la dirección del movimiento (longitudinal), pero ninguno en la tercera dirección L/R.
@Lubos No entiendo tu comentario. La superficie es bidimensional, pero existe en un espacio tridimensional. La pregunta es, si tienes una hoja flotando en la superficie del agua, ¿cómo se mueve la hoja cuando pasa una ola? ¿De ida y vuelta en la dirección de propagación de la onda o de arriba a abajo perpendicular a la propagación de la onda?
Por cierto, como señaló Carlos, la hoja se mueve en círculo.
Estimado Mark, Escribí exactamente lo mismo. Lo que Carl realmente quiere preguntar es cómo se mueve una hoja en el espacio 3D. Pero eso no es lo mismo que la cuestión de si las ondas son transversales o longitudinales. Técnicamente, tanto el movimiento delantero-trasero como el vertical deben contarse como ondas longitudinales. Las ondas son ondas en 2 dimensiones de la superficie únicamente, por lo que la única dirección verdaderamente transversal es la dirección horizontal izquierda-derecha perpendicular a la dirección de la onda, y las ondas no turbulentas no tienen tal componente. Entonces, ambos modos que mencionaste son ondas longitudinales (o escalares).
Por cierto, cuando el agua es poco profunda, los círculos se convierten en elipses antes de que el movimiento se vuelva puramente horizontal, consulte, por ejemplo, wavedragon.net/…
@Mark Eichenlaub, estoy preguntando sobre el régimen lineal, pero por supuesto ya sé la respuesta. Elegí la imagen para asegurarme de que el lector supiera que me refería a ondas superficiales; las ondas de sonido en un fluido son solo longitudinales. La razón para hacer la pregunta es que me encontré con una prueba de "física conceptual" que parecía implicar que las ondas de agua eran solo longitudinales, pero el significado habitual de "ola de agua" es algo sobre lo que puedes surfear, no las ballenas. utilizar para comunicarse. Y pensé que este era un tema que pertenecía al sitio.
NB: La física de las olas rompientes (que se muestra en la imagen) es bastante diferente (movimiento complejo e impulsado por la restricción invasora desde abajo) de la de las olas viajeras (que abordan todas las respuestas), y no se deben combinar las dos.

Respuestas (6)

animado

Cada punto se mueve de acuerdo a:
X ( t ) = X 0 + a mi − y 0 / yo porque ⁡ ( k X 0 + ω t )
y ( t ) = y 0 + a mi − y 0 / yo pecado ⁡ ( k X 0 + ω t )

Con X 0 , y 0 -- "centro de movimiento" para cada partícula, a -- la amplitud, yo -- longitud de decaimiento con profundidad.

Entonces tienes una superposición "circular" exacta de ondas longitudinales y transversales.

En tu animación, el medio es bastante comprimible.
Podríamos considerar los puntos como lugares de "hojas" en todo el medio. En ese caso, diría que es bastante preciso.
Aunque los puntos aparecen más cerca en diferentes momentos, esto podría explicarse por el material desplazado, la superficie del agua tiene más altura cuando los puntos están más cerca. Tengo una pregunta de seguimiento, ¿alguien puede probar que este modelo exhibe o no compresión?
La velocidad de una partícula es < − a mi − y 0 / yo ω C o s ( k X 0 + ω t ) , a mi − y 0 / yo ω s i norte ( k X 0 + ω t ) > . En el momento t = − k X 0 / ω la partícula en la posición < X , y > posee X 0 = X − a mi − y 0 / yo y y 0 = y . Por lo tanto en el momento t = − k X 0 / ω la partícula en la posición < X , y > tiene velocidad < − a mi − y / yo ω , 0 > , que tiene divergencia cero en esta ubicación y hora. Este modelo no parece tener tiempos o ubicaciones preferidos con respecto al comportamiento, por lo que creo que la divergencia cero se aplica en todas partes, lo que significa que el modelo no muestra compresión.

En aguas profundas, las partículas del fluido describen círculos cuando pasa una ola. Entonces, en cierto sentido, estas ondas no son ni transversales ni longitudinales. Para una demostración, véase, por ejemplo , el libro de Howard Georgi (capítulo 11).

En aguas muy poco profundas, las partículas van y vienen esencialmente. En los casos intermedios siguen trayectorias elípticas.

Las olas del océano se denominan generalmente ondas "superficiales". Cualquiera que sea la trayectoria de una partícula, cuanto más profunda sea en el agua, menor será su amplitud. Varias longitudes por debajo de la superficie el agua está quieta.

Sin embargo, en el interior puede haber ondas de volumen, por ejemplo, de submarinos. Son detectables.

Interesante comentario sobre las ondas de volumen. Tal vez deberíamos tener algún tipo de pregunta sobre eso.

Creo que la naturaleza ondulatoria del agua es tanto transversal como longitudinal. Cuando arrojamos una piedra al agua, podemos ver las ondas transversales, pero también podemos escuchar el sonido, por lo tanto, ¡las ondas de agua son transversales y longitudinales!

Tal vez las olas del mar son longitudinales en el mar, pero cuando golpean las aguas poco profundas de la costa se convierten en olas transversales y toman la forma de una rueda y ruedan hacia la orilla.

Solo adivinando esto de mis años de surf. Las olas suben y bajan en las profundidades, pero se convierten en tubos cuando llegan a las aguas poco profundas.

Solo diré lo que creo que sé:
en el océano abierto o en los grandes lagos, las olas son transversales: el agua sube y baja. Se originan por los vientos en la superficie.

Cerca de la orilla, las olas también se vuelven longitudinales: la pequeña distancia desde la superficie hasta el fondo del océano marca la diferencia.

agregó:
Describí el transporte neto de energía a lo largo de la dirección de propagación de las ondas . En aguas profundas, es el movimiento vertical de la superficie el que puede realizar trabajo (en dispositivos que se extienden más de una longitud de onda) contra el campo gravitatorio.

El agua no puede simplemente subir y bajar en aguas profundas porque es esencialmente incompresible. Si el nivel del agua sube en alguna parte, tiene que entrar por los lados.
@Mark: Estoy de acuerdo con tu comentario y la respuesta de Carlos. Estaba describiendo en términos de transporte neto de energía a lo largo de la dirección de la onda y, en este sentido, creo que mi respuesta sigue siendo correcta.
¿Las ondas de agua (es decir, en la superficie del océano) son longitudinales o transversales?
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