En dinámica de fluidos y terminología náutica , una ola rompiente o rompiente es una ola con energía suficiente para " romperse " en su pico, alcanzando un nivel crítico en el que la energía lineal se transforma en energía de turbulencia de onda con una curva hacia adelante distinta. En este punto, los modelos físicos simples que describen la dinámica de las ondas a menudo dejan de ser válidos, particularmente aquellos que suponen un comportamiento lineal.
El tipo de ola rompiente más conocido es el rompimiento de las olas de la superficie del agua en la costa. La rotura de una ola generalmente ocurre cuando la amplitud alcanza el punto en que la cresta de la ola realmente se invierte. Algunos otros efectos en la dinámica de fluidos también se han denominado "olas rompientes", en parte por analogía con las ondas de la superficie del agua. En meteorología , se dice que las ondas de gravedad atmosférica se rompen cuando la onda produce regiones donde la temperatura potencial disminuye con la altura, lo que lleva a la disipación de energía a través de inestabilidad convectiva ; Asimismo, se dice que las ondas de Rossby se rompen [1] cuando se invierte el gradiente de vorticidad potencial . La ruptura de olas también ocurre en los plasmas , [2] cuando las velocidades de las partículas exceden la velocidad de fase de la onda . Otra aplicación en la física del plasma es la expansión del plasma al vacío, en la que el proceso de ruptura de ondas y el posterior desarrollo de un pico de iones rápido se describe mediante la ecuación de Sack-Schamel .
Un arrecife o un lugar de aguas poco profundas, como un banco de arena , contra el cual rompen las olas , también puede denominarse rompiente.
Las olas rompientes en la superficie del agua pueden ocurrir en cualquier lugar donde la amplitud sea suficiente, incluso en medio del océano. Sin embargo, es particularmente común en las playas porque la altura de las olas se amplifica en la región de aguas menos profundas (porque la velocidad del grupo es menor allí). Véase también olas y aguas poco profundas .
Hay cuatro tipos básicos de olas rompientes en el agua. Se están derramando, hundiendo, colapsando y surgiendo. [3]
Cuando el fondo del océano tiene una pendiente gradual, la ola se hará más pronunciada hasta que la cresta se vuelva inestable, lo que resultará en aguas rápidas turbulentas que se derramarán por la cara de la ola. Esto continúa a medida que la ola se acerca a la orilla y la energía de la ola se disipa lentamente en las aguas bravas. Debido a esto, las olas que se derraman rompen durante más tiempo que otras olas y crean una ola relativamente suave. Las condiciones del viento terrestre aumentan la probabilidad de que se produzcan derrames.
Una ola hundida ocurre cuando el fondo del océano es empinado o tiene cambios repentinos de profundidad, como en un arrecife o un banco de arena. La cresta de la ola se vuelve mucho más pronunciada que una ola que se derrama, se vuelve vertical, luego se curva y cae sobre el valle de la ola, liberando la mayor parte de su energía de una vez en un impacto relativamente violento. Una ola que se hunde rompe con más energía que una ola que se desborda significativamente más grande. La onda puede atrapar y comprimir el aire debajo del labio, lo que crea el sonido de "choque" asociado con las ondas. Con olas grandes, los bañistas en tierra pueden sentir este choque. Las condiciones de la energía eólica marina pueden aumentar la probabilidad de que se produzcan hundimientos.
Si una ola que se hunde no es paralela a la playa (o al fondo del océano), la sección de la ola que llega a aguas poco profundas se romperá primero y la sección rompiente (o rizo) se moverá lateralmente a través de la cara de la ola a medida que la ola se hunde. continúa. Se trata del "tubo" tan buscado por los surfistas (también llamado "barril", "pit" y "the greenroom", entre otros términos). El surfista intenta permanecer cerca o debajo del borde del choque, a menudo tratando de permanecer lo más "profundo" posible en el tubo y al mismo tiempo poder disparar hacia adelante y salir del cañón antes de que se cierre. Una ola que se hunde paralela a la playa puede romper en toda su longitud a la vez, volviéndola imposible y peligrosa. Los surfistas se refieren a estas olas como "cerradas".
Las olas que colapsan son un cruce entre hundimiento y oleaje, en el que la cresta nunca se rompe por completo, sin embargo, la cara inferior de la ola se vuelve más pronunciada y colapsa, lo que da como resultado espuma.
Las olas rompientes se originan a partir de olas de período largo y poca pendiente y/o perfiles de playa empinados. El resultado es el rápido movimiento de la base de la ola hacia arriba por la pendiente oleada y la desaparición de la cresta de la ola. La cara frontal y la cresta de la ola permanecen relativamente lisas con poca espuma o burbujas, lo que resulta en una zona de surf muy estrecha o sin olas rompientes. El breve y brusco estallido de energía de las olas significa que el ciclo de balanceo/contralavado se completa antes de la llegada de la siguiente ola, lo que lleva a un valor bajo de la diferencia de fase de Kemp (< 0,5). Las olas crecientes son típicas de los estados de playa reflectantes. En las playas más empinadas, la energía de la ola puede ser reflejada por el fondo hacia el océano, provocando olas estacionarias .
Durante la ruptura, se forma una deformación (generalmente un abultamiento) en la cresta de la ola, cuyo lado anterior se conoce como "dedo del pie". Se forman ondas capilares parásitas, con longitudes de onda cortas. Los que están por encima del "dedo del pie" tienden a tener longitudes de onda mucho más largas. Sin embargo, esta teoría es todo menos perfecta, ya que es lineal. Ha habido un par de teorías no lineales del movimiento (con respecto a las ondas). Uno de ellos utiliza un método de perturbación para expandir la descripción hasta el tercer orden, y desde entonces se han encontrado mejores soluciones. En cuanto a la deformación de las ondas, se han creado métodos muy parecidos al método integral de frontera y al modelo de Boussinesq .
Se ha descubierto que los detalles de alta frecuencia presentes en una ola rompiente desempeñan un papel en la deformación y desestabilización de la cresta. La misma teoría amplía esto, afirmando que los valles de las ondas capilares crean una fuente de vorticidad . Se dice que la tensión superficial (y la viscosidad ) son importantes para ondas de hasta aproximadamente 7 cm (3 pulgadas) de longitud de onda. [4]
Sin embargo, estos modelos tienen fallas, ya que no pueden tomar en cuenta lo que sucede con el agua después de que rompe la ola. Las formas de remolinos posteriores a la ruptura y la turbulencia creada a través de la ruptura prácticamente no se han investigado. Es comprensible que pueda resultar difícil obtener resultados predecibles del océano.
Después de que la punta de la onda vuelca y el chorro colapsa, crea un vórtice horizontal muy coherente y definido. Las olas que se hunden crean remolinos secundarios en la cara de la ola. Los pequeños remolinos aleatorios horizontales que se forman a los lados de la ola sugieren que, tal vez, antes de romperse, la velocidad del agua es más o menos bidimensional. Esto se vuelve tridimensional al romperse.
El vórtice principal a lo largo del frente de la onda se difunde rápidamente hacia el interior de la onda después de romperse, a medida que los remolinos en la superficie se vuelven más viscosos. La advección y la difusión molecular desempeñan un papel en el estiramiento del vórtice y la redistribución de la vorticidad, así como en las cascadas de turbulencia de la formación. Mediante este método, la energía de los grandes vórtices se transfiere a vórtices isotrópicos mucho más pequeños.
Se han realizado experimentos para deducir la evolución de las turbulencias tras la ruptura, tanto en aguas profundas como en una playa.
