Článek
Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Instagram, Threads, Bluesky a zde na Médiu.
Dotaz
Proč je na vodě viditelná brázda i velmi dlouho po proplutí lodi? Má to spojitost s teplotou vody v místě, kde lodní šroub promíchá horní a spodní vrstvu?
Minutová odpověď
- Pohybující se objekty na hladině vody narušují rovnovážný stav, a proto vznikají vlny. Brázdy jsou pak výsledkem skládání těchto vln.
- Jelikož ne všechny vlny se šíří stejnou rychlostí, má brázda charakteristický tvar, který připomíná písmeno V.
- Vlny jsou nakonec vždy utlumeny, ale tento proces trvá. Proto jsou brázdy dobře viditelné i dlouho po proplutí daného objektu.
Odpověď
Brázdy za lodí jsou výsledkem skládání vln, které vznikají v důsledku pohybu lodí a dalších objektů pohybujících se po hladině, například kachen. Tvar brázdy pak připomíná písmeno V s objektem v jeho špičce [1].
Tvarem brázd se zabýval již lord Kelvin, který jako první formuloval jejich matematický popis [2]. Jejich vznik a šíření nijak nesouvisí s teplotou vody (pokud se neblížíme k bodu mrazu) nebo promícháváním vrstev, ale pouze s jejich vlnovým charakterem.
Brázdy jsou složené z vln
Brázdy jsou složené z dvourozměrných vln na hladině vody a jsou zapříčiněny gravitační silou [3]. Jelikož se jedná o vlny, můžeme každé vlně přiřadit vlnovou délku (horizontální vzdálenost dvou maxim vlny), která určuje i rychlost, se kterou se vlna bude po hladině šířit.
Tak například vlny s vlnovou délkou rovnou jednomu metru se budou pohybovat po hladině rychlostí 1,25 m/s. Kratší vlny se budou pohybovat pomaleji, například vlny s vlnovou délkou půl metru se pohybují jen rychlostí 0,9 m/s. Složením několika takovýchto vln dostaneme brázdu, jejíž tvar připomíná písmeno V.
Dá se ukázat, že brázdy vznikají na hladinách vod, které jsou podstatně hlubší, než jsou vlnové délky jednotlivých vln, které brázdu tvoří. Vlny, které budou mít vlnovou délku rovnou nebo větší než dvojnásobek hloubky, nebudou k brázdě přispívat. Pokud v našem příkladu výše bude hladina ve výšce pěti metrů ode dna, musí mít vlny tvořící brázdu vlnovou délku menší než 10 m.
Jako závažíčko na pružince
Vlnový charakter brázdy také vysvětluje, proč je brázda za lodí dlouho viditelná. Vlna se ze své podstaty bude šířit v daném médiu tak dlouho, než bude utlumena, podobně jako závažíčko na pružince také nekmitá věčně, ale jeho výchylka je postupně utlumena. Jednou z možností tlumení vln na hladině je, když vlny narazí na pobřeží nebo jinou překážku, například na hráz přehrady.
Pro Zeptej se vědce odpovídal Vítek
Ing. Vít Svoboda, Dr. sc. ETH Zürich
Odbornou revizi poskytl Ing. Michal Gulka, Ph.D., Ústav organické chemie a biochemie AV ČR
Odpověď editovala Ing. Kristýna Kantnerová, Dr. sc. ETH Zürich
Zdroje
[1] https://dlmf.nist.gov/36.13
[2] https://doi.org/10.1017/S0022112060000700
[3] https://web.mit.edu/~joyp/Public/HarvardWork/AM201FinalPaper.pdf
Zeptej se vědce
Projekt Zeptej se vědce propojuje vědeckou a nevědeckou veřejnost. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na webu nebo sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram či Bluesky. Líbí se vám naše příspěvky? Budeme rádi, když podpoříte naši činnost: darujme.cz/projekt/1209422
