Dinámica de Olas y Mareas: Propiedades, Clasificación y Fenómenos Asociados

Olas

Las olas son ondulaciones que se forman en la superficie de un líquido, generalmente agua. Estas se caracterizan por su movimiento ascendente y descendente, creando crestas y valles.

Periodo de la Ola

El periodo de la ola se define como el tiempo que transcurre entre el paso de dos crestas o valles sucesivos por un punto fijo.

Trocoide

Se refiere a la trayectoria descrita por un punto en un disco que rota a lo largo de una línea recta. En el contexto de las olas, la trocoide fue inicialmente propuesta como la forma que adoptaban las olas.

Teoría del Oleaje

La teoría del oleaje ha evolucionado a lo largo del tiempo:

• 1802: Franz Gerstner, en Checoslovaquia, propuso que la forma de la ola era una trocoide. Sin embargo, más tarde se demostró que esta teoría era inconsistente.
• 1845: Georgy Airy formuló la teoría lineal, basada en las siguientes hipótesis:
  • El fluido es invíscido (sin viscosidad).
  • El flujo es incompresible e irrotacional.
  • El fondo del mar es un plano horizontal impermeable.
  • El oleaje es periódico y bidimensional.
  • La altura de la ola es muy pequeña.
• 1847: George Stokes propuso una teoría basada en la teoría lineal, pero eliminando las restricciones de pequeña amplitud.
• 1892: McCowan desarrolló la teoría de la ola solitaria.
• 1895: Korteweg y De Vries propusieron la teoría senoidal.
• 1965: Robert Dean presentó las teorías numéricas de función de corriente, ofreciendo una solución al problema matemático del oleaje.

Propiedades de las Olas

• Celeridad, longitud y periodo de la ola: Se relacionan mediante la fórmula c = L/T, donde c es la celeridad, L la longitud y T el periodo.
• Pendiente de la ola: Es la relación entre la altura y la longitud (H/L). La pendiente no puede ser mayor que 1/7, ya que la ola se rompería. En mar abierto, las pendientes suelen ser menores a 1/5.
• Forma de la ola: Las olas de pequeña amplitud son aproximadamente sinusoidales y simétricas. Las de amplitud finita no son simétricas, y la amplitud de la cresta es mayor que la del valle.
• Energía de la ola: Se compone de energía cinética y potencial. La energía se transporta en la dirección de propagación del oleaje con una velocidad igual a la celeridad de grupo.
• Velocidades orbitales y transporte de masas: Las partículas del agua se mueven normalmente a una velocidad mucho menor que la de la forma de la ola.

Fenómenos Asociados a las Olas

• Refracción del oleaje: Cuando el límite de aguas profundas es menor a 0,5, las olas comienzan a sentir el fondo, lo que produce una serie de efectos como consecuencia de la disminución de la profundidad.
• Difracción del oleaje: Es un fenómeno de transferencia lateral de energía del oleaje debido a un gradiente de altura en esa dirección. Puede ocurrir alrededor de estructuras u otras obstrucciones.
• Reflexión del oleaje: Es análogo al fenómeno de las ondas luminosas. Cuando una ola encuentra un muro vertical, por ejemplo, se refleja con cierta pérdida de energía.

Clasificación de las Olas Según su Periodo

• Marea: 12,24 horas
• Tsunami: 16 a 23 minutos
• Surf: 12 a 16 segundos
• Leva: 8 a 4 segundos
• Ordinaria: 4 segundos o más

Clasificación de las Costas por el Oleaje

• A: Mares de fondo, muy severo, marea insignificante.
• B: Oleaje generado por huracanes, acción severa de marea meteorológica.
• C: Oleaje generado por alisios, menos severos, erosión de la playa.
• D: Cuerpos de agua cerrados, oleaje pequeño, erosión.

Medición de las Olas

Para medir las olas, se registran la altura (H) y el periodo (T) en un punto fijo, como un muelle.

Espectro de Ola

El espectro de ola representa la relación entre el cuadrado de la altura de la ola y el periodo.

Ola Significativa

Se denomina ola significativa a aquella que posee un periodo significativo y una altura significativa.

Mareas

Las mareas son el ascenso y descenso periódicos de todas las aguas oceánicas, incluyendo mares abiertos, golfos y bahías. Son el resultado de la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol sobre el agua y la Tierra.

Tipos de Mareas

• Mareas lunares: La Luna, al estar más cerca de la Tierra que el Sol, ejerce una fuerza de atracción sobre el agua que se eleva sobre su nivel normal, cubriendo una porción de la Tierra.
• Mareas solares: El Sol también provoca el ascenso de dos crestas opuestas, pero su fuerza es menor, aproximadamente un 46% de la fuerza lunar. Las mareas vivas se producen después de las fases lunares.

Repunte de Marea

El repunte de marea es el estado de inmovilidad del agua durante el periodo de inversión de la marea.

Energía Mareal

La energía mareal puede emplearse para producir electricidad. Las plantas mareales desarrollan su máxima eficiencia cuando la diferencia entre las mareas altas y bajas es grande.

Mareas Oceánicas

Las mareas oceánicas se deben a la atracción de la Luna y el Sol. El agua más cercana a la Luna es atraída con mayor intensidad que el cuerpo de la Tierra, mientras que el agua del lado opuesto de la Tierra es atraída con menor intensidad. Las mareas que observamos son el efecto resultante de estas dos atracciones.

Sistema Tierra-Luna

En el sistema Tierra-Luna, a largo plazo, las olas frenan ligeramente la rotación de la Tierra, y la Luna se aleja de esta. La Tierra pierde energía rotacional, que es recibida por la Luna. Eventualmente, la rotación de la Tierra se frenará hasta igualar el periodo orbital de la Luna, y la Tierra mostrará siempre la misma cara a la Luna, tal como la Luna lo hace con la Tierra. Posteriormente, se pierde energía en el sistema y la Luna se aleja nuevamente.

Mareas del Golfo de Venezuela

El Golfo de Venezuela es una zona navegable de gran importancia. No obedece la distribución predominante del mar Caribe y las costas venezolanas, donde predominan las mareas semidiurnas. En la costa oriental del Golfo, predominan las mareas diurnas.

Clasificación de las Mareas

• Semidiurnas: Comunes en el Atlántico, con dos mareas altas casi iguales y dos mareas bajas equivalentes.
• Mixtas: Presentes en el océano. Las dos pleamares de una fase de la Luna pueden ser iguales, mientras que las bajamares son muy desiguales, o viceversa.
• Diurnas o diarias: Se encuentran en el Golfo de México, el mar de China, etc. Solo hay un ascenso y un descenso de agua apreciable en un día lunar.

Establecimiento de Puerto o Marea

Es el intervalo entre el momento en que la Luna se halla más alta en el cielo y el de la pleamar siguiente.

Clasificación de las Fuerzas de Marea

• Diurnas: 24 horas y 50 minutos (día lunar).
• Semidiurnas: 12 horas y 25 minutos (día solar medio).
• Largos periodos: Menor o igual a 15 días.

Clasificación de las Mareas de Acuerdo a su Forma

• Tiempo de marea: Intervalo entre el paso de la Luna por el meridiano y la ocurrencia de la pleamar.
• Rango de la marea: Altura relacionada con tres movimientos:
  • Movimiento de sizigias: Cuando la Luna y el Sol se encuentran alineados, durante la Luna llena o nueva (29,5 días).
  • Movimiento anomalístico: Perigeo y apogeo (27,5 días).
  • Movimiento trópico: Relacionado con la declinación (27,3 días).

Edad de Fase

Intervalo entre la Luna nueva y la marea alta.

Edad Paralela

Tiempo transcurrido desde que la Luna está en perigeo o apogeo hasta el cambio de marea.

Edad Diurna

Se refiere a cuando la Luna está en su máxima o mínima declinación.

Marea de Perigeo

Marea que ocurre cuando la Luna está en su punto más cercano a la Tierra (perigeo).

Marea de Apogeo

Marea que ocurre cuando la Luna está en su punto más alejado de la Tierra (apogeo).

Luna Nueva y Llena

Durante estas fases lunares, se producen las mareas altas o vivas.

Luna Creciente o Menguante

Durante estas fases lunares, se producen las mareas bajas o muertas.