Men kan onderscheid maken tussen twee soorten watergolven: uitwendige of oppervlakte-golven en inwendige golven.
OPPERVLAKTE-GOLVEN hebben hoofdzetel aan het vrije oppervlak van de golvende vloeistof. Het mechanisme van lopende oppervlaktegolven is zodanig dat de vloeistofdeeltjes ongeveer gesloten kringen beschrijven in het verticale vlak en wel zodanig, dat zij voorwaarts gaan in de golftop, terugwaarts gaan in het golfdal. Zie de figuur, die een dwarsdoorsnee voorstelt, loodrecht op de lange kammen van een enkelvoudige golving (zulk een enkelvoudige golving wordt in de natuur nog het best benaderd door vrij lopende deininggolven, z deining). Is het water diep, d.w.z. dieper dan de helft van de golflengte, dan zijn de bedoelde kringen cirkels.
Ook beneden het oppervlak beschrijven de waterdeeltjes cirkels, doch met des te kleinere diameter, naarmate ze dieper gelegen zijn. De afneming geschiedt volgens de wet: diameter = H exp(-2𝝅d/L), waarin H = golfhoogte (= hoogteverschil tussen top en dal), d= diepte van de beschouwde waterdeeltjes, L = golflengte. Dit alles geldt voor golven in diep water. Is de diepte kleiner dan de halve golflengte, dan zijn de kringen platte ellipsen, terwijl op de bodem het water rechtlijnig voor- en achteruit gaat.
De drukfluctuaties onder de golven nemen naar onderen af volgens dezelfde wet als de horizontale waterbewegingen en worden dan ook bij lopende golven op een diepte gelijk aan de golflengte (practisch) niet meer gemerkt. De gewone zeegolven worden dus op de bodem van diepe zeeën niet meer gemerkt. Iets anders is het met staande golven; deze kunnen tot op zeer grote diepten bepaalde drukschommelingen teweeg brengen, waarin de microseismen van de zeebodem hun oorsprong vinden.
Tussen de voortplantingssnelheid C en de golflengte L of de periode T van (niet al te steile) oppervlaktegolven in diep water bestaan de volgende relaties: C2 = gL/2𝝅n, C = gT/2𝝅, waarin g = zwaartekrachtsversnelling. Dit geldt voor watergolven, die minstens 10 cm lang zijn, de zgn. zwaartegolven, bij welker voortplanting de zwaartekracht de hoofdrol speelt. Zeer korte golfjes, met golflengte kleiner dan 10 cm, staan voor een belangrijk deel onder invloed van de oppervlaktespanning, die een versnellende invloed heeft op de voortplanting. Ten gevolge hiervan heeft de voortplantingssnelheid van watergolven een minimum-waarde van ca 23 cm/sec, bij L = 1,7 cm.
Nóg kortere golfjes lopen weer sneller. We kennen zulke golfjes als rimpelingen of capiliariteits-golïjes. Is de diepte kleiner dan 1/2 L, dan gelden de bovenstaande formules voor zwaartegolven niet langer. Hoe minder diep het water, hoe langzamer dan de golven. Voor zeer ondiep water ten slotte, of voor zeer lange golven, geldt de formule C2 = gD, waarin D = diepte van het water (wanneer deze kleiner dan L/ 25).
Het feit, dat in ondiep water de golfsnelheid met de diepte afneemt, maakt dat er
De energie-voortplantingssnelheid of groepsnelheid van oppervlaktegolven is in diep water de helft van de golfsnelheid of phase-snelheid, in ondiep water meer dan de helft. De opwekking en vergroting van golven door de wind geschiedt door:
1. een druk-zuig-effect, nl. door overdruk aan de windzijde, onderdruk aan de lijzijde van de golfstoringen, die in de richting van de wind lopen (waardoor de daar heersende neergaande resp. opgaande waterbewegingen versterkt worden);
2. een trek-effect dat vooral in de toppen werkt, waar de langs scherende luchtstroom de voorwaartse waterbeweging versterkt (z zee en zeegang).
Wanneer men nauwkeurig toeziet, dan voeren de waterdeeltjes in flink ontwikkelde golven niet alleen een zuiver rondgaande beweging uit, maar blijft er na elke rondgang een kleine netto voorwaartse verplaatsing over, ter grootte van ca 10 X steilheid x hoogte der golven. Onder steilheid verstaat men de hoogte gedeeld door de lengte.
Lit.: H. Thorade, Probleme der Wasserwellen (Hamburg 1931); H. Lamb, Hydrodynamics (London 1932); M. Minnaert, De Natuurkunde van het Vrije Veld III (Zutfen 1940); P.
Groen, Zeegolven, K. N. M. I. 111-11 (1949); Idem, Golven op en in de oceaan, Symposium, Ned.
Tijdschr. v. Natuurk. (1950).
INWENDIGE GOLVEN
Niet alleen aan het vrije oppervlak van een vloeistof, doch ook aan een inwendig grensvlak tussen een lichtere en een zwaardere vloeistofmassa kan het golven (zonder dat er aan het oppervlak veel van gemerkt wordt). Bijv. aan een grensvlak tussen zoet water en daaronder liggend zout water of tussen warm water en daaronder liggend koud water. Beide gevallen komen in de zee voor (over het eerste z doodwater). De afgrenzing behoeft niet scherp te zijn om inwendige golven mogelijk te maken.
Zij onderscheiden zich van oppervlakte-golven door kleinere snelheid. Zijn de beide waterlagen, welker soortelijke gewichten S0 en S, worden genoemd, dieper dan de halve golflengte en ten opzichte van elkaar niet in stroming, en is verder de afscheiding voldoende scherp, dan geldt voor de golfsnelheid de formule: C2 = (Si-S0) gL/2n (S1 + S0). De waterdeeltjes beschrijven in dit geval verticale cirkels, en wel onder het grensvlak op dezelfde wijze als bij oppervlaktegolven, doch boven het grensvlak met tegengestelde draaiingszin (boven de toppen loopt het lichtere water dus terug, boven de dalen loopt het voorwaarts, vergeleken met de golfvoortplanting). De diameters der beschreven kringen nemen zowel naar boven als naar onderen af, als men zich van het grensvlak verwijdert.
Is de verticale overgang tussen de lichtere en de zwaardere vloeistof geen scherpe sprong, doch — wat meestal het geval is — een overgang, dan naderen bij het korter worden van de golfperiode de golflengte en de golfsnelheid tot nul bij een bepaalde kleinste waarde der periode. Deze minimumperiode is des te groter naarmate de scherpte van de overgang geringer is. Zo is de kleinst mogelijke periode van inwendige golven 6,3 sec, wanneer het maximum van het relatieve verticale dichtheidsverval in de overgangslaag 1 pct op 10 cm is. De grensperiode is omgekeerd evenredig met de wortel uit dit maximum.
Zijn de beide vloeistoflagen t.o.v. elkaar in stroming, dan treedt een complicatie op. Dit algemene type van inwendige golven, dat vooral ook in de atmosfeer voorkomt, wordt wel Helmholtz-golven genoemd. Golfstoringen met kleinere golflengte dan een zekere kritieke lengte (die groter is naarmate het stroomverschil groter is) zijn onstabiel, worden dus wervelingen in plaats van golven. Inwendige golven zijn in de zee veelvuldig waargenomen, met perioden van 1 min. tot vele uren.
DR P. GROEN
Lit.: V. Bjerknes e.a., Physikalische Hydrodynamik (Berlin 1933)J H. U. Sverdrup e.a., The Oceans (New York 1946); P.
Groen, Golven op en in de oceaan, Symposium Golfverschijnselen, Ned. Tijdschr. v. Natuurk. (1950).
