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流体力学において、クラポティス（フランス語で「打ち寄せる水」）は、例えば防波堤、護岸、または急峻な崖のようなほぼ垂直な海岸線から移動する表面波列の反射によって引き起こされる、砕けない定在波パターンである。[1] [2] [3] [4] 結果として生じるクラポティック波は水平には移動せず、節と腹の固定パターンを持つ。[5] [6] これらの波は壁の先端の浸食を促進し、[7]海岸構造物に深刻な損傷を引き起こす可能性がある。[8]この用語は、1877年にフランスの数学者で物理学者のジョゼフ・ヴァレンティン・ブシネスクによって造られ、彼はこれらの波を「打ち寄せる」という意味の「le clapotis」と呼んだ。[9] [10]
完全に単調な入射波が垂直な固体壁に対して垂直に完全に反射される「フルクラポティス」の理想的なケースでは、 [11] [12] 定在波の高さは壁から半波長の距離にある入射波の高さの 2 倍になります。[13]この場合、深海波 中の水粒子の円軌道は、腹で垂直速度、節で水平速度を持つ、純粋な直線運動に変換されます。 [14]定在波は、運動エネルギーが位置エネルギーに変換され、その逆も行われる ため、鏡像パターンで交互に上昇および下降します。 [15]セシル・ピーボディは 1907 年の著書「造船学」で、この現象について次のように述べています。
どの瞬間も水面の輪郭はトロコイド波に似ているが、その輪郭は右や左に流れているように見えるのではなく、水平面から成長し、最大限に発達し、その後、表面が再び水平になるまで平らになる。するとすぐに別の波の輪郭が形成され、以前は窪みがあった場所にその山が成長し、平らになる、というように続く。ある山に注意を集中すると、それが最大の高さまで成長し、消え、同じ場所に窪みが続くのが見られ、特定の場所で山が連続して形成される時間間隔は、構成波の1つの時間と同じになる。[16]
関連現象
真のクラポティスは非常に稀である。なぜなら、水深や海岸の急峻さが理想的な条件を完全に満たすことはまずないからである。[15]より現実的な部分的なクラポティスの場合、入射波エネルギーの一部が海岸で消散し、[17]入射波は100%未満しか反射されず、[11]水粒子の動きが楕円形の部分的な定在波のみが形成される。[18] これは、ほぼ等しい波長で反対方向に移動するが振幅が等しくない2つの異なる波列の間で海上で発生することもある。[19]部分的なクラポティスでは、波のエンベロープには節点でいくらかの垂直方向の動きが含まれる。[19]
波列が斜めの角度で壁に当たると、反射波列は補助角から出発し、クロスハッチの波干渉パターンを引き起こします。これは、クラポティス ゴーフレ(「ワッフル クラポティス」)として知られています。 [8]この状況では、入射波と反射波列の波頭の交差点に形成された個々の波頭は、構造物と平行に移動します。この波動は、結果として生じる渦と組み合わさると、海底から物質を侵食し、それを壁に沿って運び、構造物が崩壊するまで侵食する可能性があります。[8]
海面のクラポティック波は、大気中に超低周波 微気圧を放射し、微小地震と呼ばれる地震信号を海底から固体地球に放射する。[20]
クラポティスはシーカヤックの悩みの種であると同時に楽しみでもあると言われています。[21]
参照
参考文献
- ^ "clapotis".気象用語集.アメリカ気象学会. 2007年11月27日閲覧。
- ^ "clapotis".科学用語集。アルバータ大学。2007年10月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年11月27日閲覧。
- ^ Eid, BM; Zemell, SH (1983). 「海洋に接続された垂直井戸内の吊り下げ式ポンプの動的解析」. Canadian Journal of Civil Engineering . 10 (3): 481–491. doi :10.1139/l83-075.
垂直壁 (クラポティス) からの進行波列の反射によって生じる定在波システム…
Eid, Bassem M.; Zemell, Sheldon H. (1984). 「訂正: 海洋に接続された垂直井戸内の吊り下げ式ポンプの動的解析」. Canadian Journal of Civil Engineering . 11 : 137. doi :10.1139/l84-025. - ^ アメリカ土木学会水文学ハンドブック管理グループ D タスク委員会が作成 (1996)。水文学ハンドブック。ニューヨーク: ASCE。ISBN 978-0-7844-0138-5
この単純化では、クラポティスと呼ばれる定在波パターンが、入射波と反射波が組み合わさった壁の前に形成されると想定しています
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波がまったく反対方向に伝わると、定常波、つまりクラポティック波が発生する可能性があります。
- ^ Matzner, Richard A. (2001). 地球物理学、天体物理学、天文学辞典(PDF) p. 81. Bibcode :2001dgaa.book.....M. ISBN 978-0-8493-2891-6. 2007-07-22 にオリジナル(PDF)からアーカイブされました。2007-11-28に取得。
clapotis…完全な定在波を表します。これは、水平方向には移動せず、明確な節と腹を持つ波です。
- ^ ビール、トム (1997)。環境海洋学。ボカラトン：CRCプレス。p. 44。ISBN 978-0-8493-8425-7反射波のエネルギーが入射波と相互作用して、クラポティスと呼ばれる定在波を発生
させ、壁の先端部の浸食を促進します。
- ^ abcフレミング、クリストファー、リーブ、ドミニク 、チャドウィック、アンドリュー（2004）。沿岸工学：プロセス、理論、設計の実践。ロンドン：スポンプレス。p.47。ISBN 978-0-415-26841-7.
Clapotis Gaufre 入射波が垂直境界からの法線に対して角度 α にある場合、反射波は法線の反対側の方向 α になります。
- ^ Iooss, G. (2007). 「J. Boussinesq と定常水波問題」(PDF) . Comptes Rendus Mécanique . 335 (9–10): 584–589. Bibcode :2007CRMec.335..584I. doi :10.1016/j.crme.2006.11.007 . 2007-11-28に取得。
この短いノートでは、Boussinesq が「le clapotis」と定義した 2 次元定常重力水波問題の非線形理論へのオリジナルの貢献を紹介します。
- ^ Iooss, G.; Plotnikov, PI; Toland, JF (2005). 「重力下での無限深度完全流体の定常波」(PDF) . Archive for Rational Mechanics and Analysis . 177 (3): 367–478. Bibcode :2005ArRMA.177..367I. doi :10.1007/s00205-005-0381-6. S2CID 122413518. 2007-02-22 に オリジナル(PDF)からアーカイブ。2007-11-29に取得。
非線形定常波を初めて扱ったのは、1877 年の Boussinesq だと考えられています。 [7]の332-335ページと348-353ページで彼は「le clapotis」、つまり定在波について言及しており、有限深さと無限深さの場合を含む彼の扱いは、振幅の2次の非線形理論である。
- ^ ab 「D.4.14 用語集」(pdf)。洪水ハザードマップ作成パートナー向けガイドラインと仕様。連邦緊急事態管理庁。2004 年 11 月
。CLAPOTIS は、定在波の一種のフランス語版です。アメリカでは通常、垂直またはほぼ垂直の面を持つ構造物からの非破壊波列の反射によって生じる定在波現象を指します。完全 clapotis は入射波の 100 パーセント反射するもので、部分 clapotis は反射が 100 パーセント未満のものです。
- ^ 舞、S.ペスラー、Ｃ．ジマーマン、C. (2004)。 「Wellen und Seegang an Küsten und Küstenbauwerken mit Seegangsatlas der Deutschen Nordseeküste : 2. Seegangstransformation (ドイツ北海沿岸の海洋州アトラスを使用した海岸および海岸構造物の波と海洋州: 2. 海洋州の転換)」(PDF)。Wasserbau と Küsteningenieurwesen の Vorlesungsergänzungen des Lehrstuhls。ハノーバー大学。2007 年 12 月 2 日に取得。
アイン ティピッシャー エクストリーム フォール フォン リフレクション トリット、アイナー スターレン センクレヒテン ワンド アウフ。 (極端な反射の典型的なケースは、硬い垂直の壁で発生します。)
- ^ Jr, Ben H. Nunnally (2007).海洋および沖合構造物の建設、第3版。フロリダ州ボカラトン：CRC Press。p. 31。ISBN 978-0-8493-3052-0ケーソン
の垂直壁またははしけ船の側面に衝突した波は完全に反射され、壁から半波長の距離で、有義波高のほぼ 2 倍の定在波またはクラポティスを形成します。
- ^ van Os, Magchiel (2002). 「4.2 非砕波による圧力」。沿岸構造物の砕波モデル：垂直壁への波の衝撃確率。デルフト工科大学、水理学および海洋工学部門。pp. 4–33。2007-11-28に取得。
この現象は「クラポティス」とも呼ばれ、粒子運動の円軌道が直線に退化しています。その結果、腹では垂直速度のみ、節では水平速度のみになります。
- ^ ab Woodroffe, CD (2003). Coasts: form, process, and evolution . Cambridge, UK: Cambridge University Press. p. 174. ISBN 978-0-521-01183-9
定在波は、運動エネルギーが位置エネルギーに変換され、またその逆の変換が行われるたびに、上昇と下降を交互に繰り返します
。 - ^ ピーボディ、セシル・ホバート（1904年）。造船学。ニューヨーク：J. ワイリー＆サンズ。287ページ。
この作用は、波が垂直の防波堤から反射する箇所で最も明瞭に見られ、クラポティスとして知られています。
- ^ 平山 健一 (2001). 「新しい反射境界を持つブシネスクモデルによる非線形部分定在波の数値シミュレーション」港湾空港技術研究所報告40 (4): 3–48.
しかし、実際の防波堤や港湾防波堤の前面の波はむしろ部分定在波であり、入射波エネルギーの一部は消散します…
- ^ Leo H. Holthuijsen (2007). Waves in Oceanic and Coastal Waters . ケンブリッジ、イギリス: Cambridge University Press. p. 224. ISBN 978-0-521-86028-4
入射波が障害物に反射して生じる部分定常波。楕円は、1 波周期で水粒子が移動する軌跡です
。 - ^ ab シルベスター、リチャード（1997）。沿岸安定化。ワールドサイエンティフィック出版会社。ISBN 978-981-02-3154-5壁からの部分的な反射のように、
反対の進行波の一方の高さが他方よりも低い場合、結果として生じる節と腹は同じ位置に配置されますが、水粒子の軌道は直線的ではありません。
[ページが必要] - ^ Tabulevich, VN; Ponomarev, EA; Sorokin, AG; Drennova, NN (2001). 「定在海波、微小地震、および超低周波」。Izv . Akad. Nauk, Fiz. Atmos. Okeana . 37 : 235–244. 2016-03-03 にオリジナルからアーカイブ。2007-11-28に取得。
このプロセスでは、異なる方向の波の干渉が発生し、定在水波、またはいわゆるクラポティスが形成されます。…これらの波を調査して位置を特定するには、その固有の特性を利用して海底にさまざまな圧力をかけ (「ポンプ」)、微小地震の振動を発生させ、超低周波音を大気中に放射することが提案されています。
- ^ “Clapotis”. 2010年. 2017年4月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年4月2日閲覧。
さらに読む
- ブシネスク、J. (1872)。 「定期的な液体の理論」。Mémoires Présentés Par Divers Savant à l'Académie des Sciences。20 : 509–616。
- ブシネスク、J. (1877)。 「エッセイ・シュール・ラ・テオリ・デ・ゾー・クーラント」。Mémoires Présentés Par Divers Savant à l'Académie des Sciences。23 (1): 1-660。
- ハイレス、G. (1960)。 「クラポティの練習曲」。ラ・ウイユ・ブランシュ。15 (2): 153-63。土井：10.1051/lhb/1960032。
- Leméhauté, B.; Collins, JI (1961)。「クラポティスと波の反射：垂直防波堤設計への応用」。オンタリオ州キングストンのクイーンズ大学土木工学部。
外部リンク
- Willi Water (2010年3月11日)。「Clapotis Wave Action」（ビデオ）。2021年12月12日時点のオリジナルよりアーカイブ – YouTube経由。