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Clapotis

En hidrodinámica, un clapotis (del francés «lapping of water», «chapoteo del agua») es un patrón de ondas estacionarias que no rompen, causado, por ejemplo, por la reflexión de un tren de ondas superficiales que se desplazan desde una costa casi vertical, como un rompeolas, un dique o un acantilado escarpado.[1]​[2]​[3]​[4]​ La onda clapótica resultante no se desplaza horizontalmente, sino que tiene un patrón fijo de nodos y antinodos.[5]​[6]​ Estas ondas favorecen la erosión en la base del muro[7]​ y pueden causar graves daños a las estructuras costeras.[8]​ El término fue acuñado en 1877 por el matemático y físico francés Joseph Valentin Boussinesq, que llamó a estas ondas «le clapotis», que significa «el chapoteo».[9]​[10]​

La onda entrante (roja) reflejada en la pared produce la onda saliente (azul), y ambas se superponen dando lugar al clapotis (negro).

En el caso idealizado de «clapotis completa», en el que una onda entrante puramente monótona se refleja completamente normal a una pared vertical sólida,[11]​[12]​ la altura de la onda estacionaria es el doble de la altura de las ondas entrantes a una distancia de media longitud de onda de la pared.[13]​ En este caso, las órbitas circulares de las partículas de agua en la onda de aguas profundas se convierten en un movimiento puramente lineal, con velocidades verticales en los antinodos y velocidades horizontales en los nodos.[14]​ Las ondas estacionarias se elevan y descienden alternativamente en un patrón de imagen especular, a medida que la energía cinética se convierte en energía potencial y viceversa.[15]​ En su texto de 1907, Arquitectura Naval, Cecil Peabody describió este fenómeno:

En cualquier instante el perfil de la superficie del agua es como el de una onda trocoidal, pero el perfil en vez de parecer que corre hacia la derecha o hacia la izquierda, crecerá desde una superficie horizontal, alcanzará un desarrollo máximo, y luego se aplanará hasta que la superficie vuelva a ser horizontal; inmediatamente se formará otro perfil de onda con sus crestas donde antes estaban los huecos, crecerá y se aplanará, etc. Si se concentra la atención en una determinada cresta, se verá que crece hasta su máxima altura, se extingue y es sucedida en el mismo lugar por un hueco, y el intervalo de tiempo entre las sucesivas formaciones de crestas en un lugar dado será el mismo que el tiempo de una de las ondas componentes.[16]​

Fenómenos relacionados

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El verdadero clapotis es muy raro, porque es poco probable que la profundidad del agua o la precipitación de la orilla satisfagan completamente los requisitos idealizados[15]​. En el caso más realista de clapotis parcial, en el que parte de la energía de la ondaa entrante se disipa en la orilla,[17]​ la onda incidente se refleja menos del 100%,[11]​ y sólo se forma una onda estacionaria parcial en la que los movimientos de las partículas de agua son elípticos.[18]​ Esto también puede ocurrir en el mar entre dos trenes de ondas diferentes de longitud de onda casi igual que se mueven en direcciones opuestas, pero con amplitudes desiguales.[19]​ En la clapotis parcial, la envoltura de la onda contiene cierto movimiento vertical en los nodos.[19]​

Cuando un tren de ondas choca contra una pared en un ángulo oblicuo, el tren de ondas reflejado parte del ángulo suplementario provocando un patrón de interferencia de ondas cruzadas conocido como clapotis gaufré («clapotis barquillero»).[8]​ En esta situación, las crestas individuales formadas en la intersección de las crestas del tren de olas incidente y reflejado se mueven en paralelo a la estructura. Este movimiento de las olas, combinado con los vórtices resultantes, puede erosionar el material del fondo marino y transportarlo a lo largo de la pared, socavando la estructura hasta que falle.[8]​

Las ondas clapóticas en la superficie del mar también irradian microbarras infrasónicas a la atmósfera, y las señales sísmicas llamadas microseísmos se acoplan a través del fondo oceánico hasta la Tierra sólida.[20]​

Clapotis ha sido llamado la perdición y el placer del kayak de mar.[21]​

Véase también

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Referencias

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  1. ↑ «clapotis - Glossary of Meteorology». glossary.ametsoc.org (en inglés). Consultado el 17 de diciembre de 2024. 
  2. ↑ «Fluid Dynamics Laboratory: Glossary». web.archive.org. 27 de octubre de 2007. Consultado el 17 de diciembre de 2024. 
  3. ↑ Eid, B. M.; Zemell, S. H. (1983). «"Dynamic analysis of a suspended pump in a vertical well connected to the ocean".». Canadian Journal of Civil Engineering. doi:10.1139/l83-075. «El sistema de ondas estacionarias resultante de la reflexión de un tren de ondas progresivo desde una pared vertical (clapotis)...Eid, Bassem M.; Zemell, Sheldon H. (1984). «Erratum: Dynamic analysis of a suspended pump in a vertical well connected to the ocean». Revista canadiense de ingeniería civil.» 
  4. ↑ Preparado por el Comité de Trabajo sobre el Manual de Hidrología del Grupo de Gestión D de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. (1996). «Hydrology handbook». New York: ASCE. ISBN 978-0-7844-0138-5. «Esta simplificación supone que se forma un patrón de ondas estacionarias, denominado clapotis, delante de una pared donde se combinan las ondas incidentes y reflejadas.» 
  5. ↑ Carter, Bill (1989). «Coastal environments: an introduction to the physical, ecological, and cultural systems of coastlines.». Boston: Academic Press. ISBN 978-0-12-161856-8. «...si la onda se desplaza exactamente en sentido contrario, puede formarse una onda estacionaria o clapótica.» 
  6. ↑ Matzner, Richard A. Dictionary of Geophysics, Astrophysics, and Astronomy. ISBN 978-0-8493-2891-6. «clapotis...denota una onda estacionaria completa: una onda que no se desplaza horizontalmente, sino que tiene nodos y antinodos distintos.» 
  7. ↑ Beer, Tom (1997). «Environmental oceanography». Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-8493-8425-7. ««... la energía de las olas reflejadas interactuaba con las olas entrantes para producir ondas estacionarias conocidas como clapotis, que promueven la erosión en la punta del muro».» 
  8. ↑ a b c Fleming, Christopher; Reeve, Dominic; Chadwick, Andrew (2004). «Coastal engineering: processes, theory and design practice». London: Spon Press. ISBN 978-0-415-26841-7. ««Clapotis Gaufre Cuando la onda incidente forma un ángulo α con la normal desde un límite vertical, entonces la onda reflejada estará en una dirección α en el lado opuesto de la normal».» 
  9. ↑ Iooss, G. (2007). «"J. Boussinesq and the standing water waves problem"». Comptes Rendus Mécanique. doi:10.1016/j.crme.2006.11.007. «En esta breve Nota, presentamos la contribución original de Boussinesq a la teoría no lineal del problema de la onda estacionaria gravitatoria bidimensional en el agua, que él definió como «le clapotis».» 
  10. ↑ Iooss, G.; Plotnikov, P. I.; Toland, J. F. (2005). «"Standing Waves on an Infinitely Deep Perfect Fluid Under Gravity"». Archive for Rational Mechanics and Analysis. doi:10.1007/s00205-005-0381-6. «Creemos que fue Boussinesq, en 1877, el primero en ocuparse de las ondas estacionarias no lineales. En las páginas 332-335 y 348-353 de[7]se refiere a «le clapotis», es decir, a las ondas estacionarias, y su tratamiento, que incluye los casos de profundidad finita e infinita, es una teoría no lineal llevada al segundo orden en la amplitud.» 
  11. ↑ a b «"D.4.14 Glossary"». Guidelines and Specifications for Flood Hazard Mapping Partners. Federal Emergency Management Agency. Consultado el 17 de diciembre de 2024. «CLAPOTIS Equivale en francés a un tipo de ONDA ESTACIONARIA. En el uso americano se asocia generalmente con el fenómeno de la onda estacionaria causada por la reflexión de un tren de ondas no rompientes de una estructura con una cara que es vertical o casi vertical. La clapotis completa es aquella en la que la reflexión de la onda incidente es del 100%; la clapotis parcial es aquella en la que la reflexión es inferior al 100%.» 
  12. ↑ Mai, S.; Paesler, C.; 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)"». Vorlesungsergänzungen des Lehrstuhls für Wasserbau und Küsteningenieurwesen. Universität Hannover. «Ein typischer extremer Fall von Reflektion tritt an einer starren senkrechten Wand auf. (Un caso típico de reflexión extrema se produce en una pared vertical rígida).» 
  13. ↑ Jr, Ben H. Nunnally (2007). «Construction of Marine and Offshore Structures, Third Edition». Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-0-8493-3052-0. «Las ondas que impactan contra la pared vertical de un cajón o contra el costado de una barcaza se reflejan totalmente, formando una onda estacionaria o clapotis, de casi el doble de la altura de ola significante, a una distancia de la pared de media longitud de onda.» 
  14. ↑ Van Os, M. (2002). Breaker model for Coastal Structures (en inglés). Consultado el 17 de diciembre de 2024. «Este fenómeno también se denomina «Clapotis» y las órbitas circulares de los movimientos de las partículas han degenerado en líneas rectas. El resultado son sólo velocidades verticales en los antinodos y horizontales en los nodos.» 
  15. ↑ a b Woodroffe, C. D. (2003). «Coasts: form, process, and evolution.». Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-01183-9. «La onda estacionaria aumentará y disminuirá alternativamente a medida que la energía cinética se convierta en energía potencial y viceversa.» 
  16. ↑ unknown library, Cecil Hobart (1904). Naval architecture. New York, J. Wiley & Sons; London, Chapman & Hall, limited. Consultado el 17 de diciembre de 2024. 
  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. «Sin embargo, las ondas frente a los diques y rompeolas de los puertos son más bien ondas estacionarias parciales, de modo que parte de la energía de las ondas incidentes se disipa...» 
  18. ↑ Leo H. Holthuijsen (2007). «Waves in Oceanic and Coastal Waters». Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-86028-4. «Onda parcialmente estacionaria debida a la reflexión (parcial) de una onda incidente contra un obstáculo. Las elipses son las trayectorias de las partículas de agua a medida que experimentan su movimiento en un periodo de onda.» 
  19. ↑ a b Silvester, Richard (1997). «Coastal Stabilization». World Scientific Publishing Company. ISBN 978-981-02-3154-5. «Si una de las ondas progresivas opuestas tiene menor altura que la otra, como en la reflexión parcial de una pared, los nodos y antinodos resultantes se situarán en la misma posición, pero las órbitas de las partículas de agua no tendrán carácter rectilíneo.» 
  20. ↑ Tabulevich, V. N.; Ponomarev, E. A.; Sorokin, A. G.; Drennova, N. N. (3 de marzo de 2016). «"Standing Sea Waves, Microseisms, and Infrasound"». Izv. Akad. Nauk, Fiz. Atmos. Okeana. Consultado el 17 de diciembre de 2024. «En este proceso se produce la interferencia de ondas dirigidas de forma diferente, lo que forma ondas de agua estacionarias, o las llamadas clapotis.... Para examinar y localizar estas ondas, se propone utilizar sus propiedades inherentes para ejercer («bombear») una presión variable sobre el fondo oceánico, lo que genera vibraciones microsísmicas, e irradiar infrasonidos a la atmósfera.» 
  21. ↑ «Clapotis | paddling.com». web.archive.org. 3 de abril de 2017. Consultado el 17 de diciembre de 2024. 

Lectura adicional

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  • Boussinesq, J. (1872). «Théorie des ondes liquides périodiques». Mémoires Présentés Par Divers Savants à l'Académie des Sciences 20: 509-616. 
  • Boussinesq, J. (1877). «Essai sur la théorie des eaux courantes». Mémoires Présentés Par Divers Savants à l'Académie des Sciences 23 (1): 1-660. 
  • Hires, G. (1960). «Étude du clapotis». La Houille Blanche 15 (2): 153-63. 
  • Leméhauté, B.; Collins, J. I. (1961). Clapotis and Wave Reflection: With an Application to Vertical Breakwater Design. Civil Engineering Dept., Queen's University at Kingston, Ontario. 

Enlaces externos

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