Formação das Ondas

Todos que já foram à praia já devem ter passado um ou dois (ou vários) momentos admirando a arrebentação das ondas na areia. Nessas observações facilmente verificamos que quanto mais fortes forem os ventos, maiores serão as ondas, mostrando que existe uma relação direta entre eles. Mas como exatamente o vento influencia no surgimento das Ondas? E porquê existem ondas de tamanhos diferentes, se elas surgem basicamente sob as mesmas condições?

É o que buscamos responder nesta seção. De forma geral, a grande maioria das ondas é formada devido à interação entre o vento e a superfície da água, mas podem existir ondas geradas por fenomenos sísmicos e erupções vulcânicas, mais conhecidas como tsunamis. E também podemos considerar as marés como uma onda de longa duração, causadas pela influência gravitacional da Lua e do Sol. Mas estas outras ondas não causadas pelo vento serão tratadas em outras seções.

Antes de falar mais sobre as ondas marítimas precisamos de algumas definições. Por exemplo, a parte alta da onda é chamada de crista, enquanto que a parte funda é chamada de vale ou cavado. A altura da onda corresponde à distância vertical entre um vale e uma crista, enquanto que a amplitude de uma onda corresponde a metade da sua altura. O período de uma onda é o intervalo de tempo entre a passagem de duas cristas (ou dois vales) pelo mesmo ponto, enquanto que a distância horizontal entre duas cristas (ou dois vales) é chamado de comprimento de onda. A frequência da onda se refere a quantidade de ondas que atingem um ponto em determinado intervalo de tempo. A velocidade da onda, como o nome já diz, é a velocidade com que uma onda se desloca pela superfície da água. Vale lembrar que esta velocidade se refere ao deslocamento da onda em si, já que as partículas da onda apenas oscilam em torno de uma posição de equilíbrio sem se deslocarem.

Outro ponto importante é como classificar as ondas. Normalmente as ondas são classificadas em dois tipos: transversais e longitudinais. Ondas são ditas transversais quando a onda oscila em uma direção perpendicular à sua direção de propagação, que é o caso de ondas em cordas e ondas eletromagnéticas por exemplo. Já nas ondas longitudinais, a oscilação ocorre na mesma direção em que a onda se move, que é o caso das ondas sonoras.

Na figura abaixo a esquerda, vemos a diferença entre elas. Em todos os casos, as ondas transportam energia e momentum sem que ocorra o transporte de massa, e estão sujeitas às conhecidas leis da ondulatória como reflexão, refração e interferência. As ondas na água são uma mistura das duas, sendo então chamadas de ondas mistas ou orbitais, pois se focarmos em um determinado ponto, veremos que a partícula descreve um movimento circular durante a passagem da onda, resultado do movimento da partícula para frente e para trás ao mesmo que se oscila para cima e para baixo. A figura abaixo a direita ilustra bem isso. Observe-se ainda que a perturbação causada pela onda diminui rapidamente com a profundidade, sendo insignificantes a profundidades equivalentes a metade do comprimento da onda.

Entretanto, este aspecto circular do movimento das moléculas de água durante a passagem das ondas só se mantêm caso a profundidade da coluna de água seja igual ou maior que metade do comprimento da onda, por isso acabam sendo chamadas de ondas de águas profundas. À medida que a profundidade da água fica menor que este limite (meio comprimento de onda) o fundo do mar impede que as partículas da água executem um movimento perfeitamente circular, achatando a trajetória para um formato elíptico. Para profundidades menores que 1/20 do comprimento da onda, as ondas são denominadas ondas de águas rasas. Esta interação com o fundo do mar afeta diretamente a velocidade com que as ondas se deslocam. Em águas profundas a velocidade da onda pode ser calculada por

onde L é o comprimento da onda e g é aceleração da gravidade (usualmente 9,80 m/s²). Já em águas rasas a velocidade será obtida por

onde d é a profundidade da água. Assim, uma onda que se desloca do mar profundo para a costa sai do regime de ondas profundas, passa por uma situação intermediária e termina na situação de ondas de águas rasas.

É importante notar que o período da onda não irá se alterar em nenhum momento de sua trajetória. Como a velocidade da onda irá diminuir devido à interação com o fundo, pelas leis da física isto faz com que necessariamente o comprimento de onda também seja proporcionalmente menor. Assim, a onda passa a ter uma altura muito maior em relação a seu comprimento de onda, até atingir o limite crítico quando a altura será 1/7 do comprimento da onda. Neste ponto a onda perde a sustentação proporcionada pela base e "quebra".

A maneira como ocorre a arrebentação da onda irá depender de alguns fatores como a inclinação do fundo do mar em direção à costa e o material presente no fundo (rochas, areia, etc). Temos basicamente três tipos de arrebentação: (a) A deslizante, quando a crista da onda desliza pela parede frontal da onda; (b) a mergulhante quando a crista da onda mergulha à frente da parede da onda e (c) ascendente, que é quando o leito se eleva tão rapidamente que a onda não chega a quebrar.

E como o vento fornece a energia necessária para que ocorra o surgimento das ondas? O atrito entre o vento e a superfície da água transfere energia pra ela, formando pequenas ondulações (entre 1 e 2 cm). À medida que o vento continua soprando, essas ondulações crescem aumentando em tamanho, comprimento e velocidade. Então para que as ondas estejam plenamente desenvolvidas é necessário que o vento esteja soprando por bastante tempo. Também é necessário uma distância continua sobre o qual o vento atue sobre a superfície do mar para o desenvolvimento das ondas, chamado de pista de vento. A importância desta distância adequada pode ser vista em lagos, onde embora possa estar ventando forte e por um bom período de tempo, ondas maiores não se formam devido às baixas dimensões da pista de vento.

É claro que eventos climáticos extremos como furacões podem produzir ondas excepcionalmente altas, mas isto ocorre de forma isolada e não continua. Assim, como poderemos ter ondas de diversos tamanhos se deslocando sobre a superfície do mar, de acordo com a forma com que ocorreu a interação com a atmosfera. E quando o vento diminui ou cessa, as ondas vão suavizando seu formato, mas continuam se deslocando, podendo percorrer centenas de quilômetros até atingir a areia, ou ser reforçada por novos ventos. Na oceanografia, a força exercida pelo vento sobre a superfície do oceano é chamada de tensão do vento. Ela desempenha um papel importante na dinâmica dos oceanos, influenciando a circulação oceânica, a mistura de águas e, é claro, a formação de ondas. Esta tensão do vento (T_Vento) é calculada de forma semelhante à força de arrasto em terra, usando a fórmula:

ou seja depende da densidade do ar (ρ), que pode variar com a altitude e a temperatura mas é geralmente aproximada como uma constante; da velocidade do vento (v₁₀) medida na altura padrão de 10 metros acima da superfície do mar; do coeficiente de arrasto (C_D), que também pode variar dependendo das condições das superfícies oceânicas, mas em média para o oceano aberto um valor comumente utilizado para o coeficiente de arrasto é de cerca de 0,0013. Nesta equação a tensão do vento será dada em unidades de N/m². E porquê as ondas quebram paralelas à faixa de areia? Veja em curiosidades.

Referências

Fundamentos de Oceanografia, Tom Garrison, Ed. Cengage Learning.

Waves, Tides and Shallow Water Processes. OPEN UNIVERSITY. 2. ed., Oxford: Butterworth-Heinemann, 1999.

LANGAI. Tipos de onda pro surf e como elas se formam.
Disponível em: https://www.langai.com.br/post/1018/tipos-de-onda-pro-surf-e-como-elas-se-formam#:~:text=%C3%80%20medida%20que%20a%20onda,%C3%A9%20a%20profundidade%20da%20%C3%A1gua.
Acesso em 07 de agosto de 2024.