Hoe watergolven door de inwerking van de wind ontstaan en groeien In de natuur ontstaan de watergolven meestal doordat de wind over het wateroppervlak

strijkt; zodra hij een zekere snelheid bereikt, begint zich het oppervlak te rimpelen. De bepaling van deze kritische snelheid en van de golflengte der eerstgevormde golfjes is van groot belang om uit te maken of we de invloed van de wind op het water wel bevredigend theoretisch kunnen beschrijven. Toch is er na de waarneming van Scott Russell in 1844 slechts één- of tweemaal een onderzoek naar ingesteld!

Beproef enige bepalingen uit te voeren aan een groot vrij wateroppervlak. Bepaal de windsterkte op verschillende hoogten boven het water, op het ogenblik dat de eerste rimpelingen ontstaan (§ 159); schat de golflengte der golfjes door vergelijking met een duimstok. - H. Jeffreys1)

vindt dat de eerste rimpels optreden bij een wind van 1,15 m/sec, en geeft voor hun golflengte 7 cm op:het zijn dus van den beginne af reeds kleine

gravitatiegolfjes. Volgens de verouderde theorie van Helmholtz - Wien, die alleen rekening houdt met de wrijving van de wind over het wateroppervlak, zou de vorming integendeel moeten beginnen met capillaire rimpels, maar slechts bij een windsnelheid van tenminste 6,50 m/sec! De eerste golfjes hebben zeer lange kammen, wel 5 maal hun golflengte en meer. Ze planten zich niet voort over aanzienlijke afstanden, omdat ze (als alle korte golven) sterk gedempt zijn door de taaiheid van het water: een plek die toevallig tegen de wind beschermd is vertoont dan ook geen golfjes.2)

1) Proc. R. Soc. 107, 189, 1925.

2) Vaughan Cornish beschrijft de vorming der eerste golfjes enigszins anders: eerst zouden golfjes met korte kammen ontstaan, die na 10 tot 30 sekunden in lange kammen overgaan. Scott Russell en Apstein geven nog weer andere beschrijvingen. Moeilijkheden onstaan, doordat men niet nauwkeurig weet hoe groot de windsterkte vlak bij de waterspiegel is, en dat de wind altijd min of meer onregelmatig, buiig blaast.

Van de verschillende theoriën die de invloed van de wind op het water beschrijven, is die van Jeffreys1)

de enige welke met de moderne waarnemingen klopt. Zij houdt rekening met de wervelingen die in de wind ontstaan als hij over de golven strijkt, en maakt er gebruik van dat hij een grotere druk uitoefent tegen de voorzijde dan tegen de achterzijde van de golf (fig. 88). Waar de druk het grootst is, beweegt zich het oppervlak benedenwaarts; in de luwte, waar de druk het kleinst is, wordt het water opwaarts gezogen. Op die wijze wordt de golf vooruit gestuwd, althans zolang als ze nog de windsnelheid niet bereikt heeft. Een aantal verschijnselen betreffende watergolven worden

Fig. 88. Het onderhouden der golfbeweging door de wind. Voluit getrokken: het oppervlak op een bepaald ogenblik; gestippeld: het oppervlak even later.

aldus verklaarbaar, maar er blijven toch ook nog moeilijkheden bestaan.

Een studie op zichzelf is weer het onstaan der eerste golfjes op zeer ondiepe plassen, minder dan 1 cm diep. Merk op hoe die plassen nog ongestoord zijn, terwijl de wind al sterk genoeg is om merkbare golfjes te vormen op diep water! Wordt de wind veel sterker, dan vertonen zich het eerst golfjes van slechts 2 à 3 cm golflengte (ongeveer 4 maal de diepte van de waterplas); hun kammen zijn zeer lang ten opzichte van hun golflengte, evenals dit het geval was voor de golfjes die zich in diep water vormden. Grotere golven kan de wind op zulke ondiepe plassen niet doen ontstaan, omdat deze al te sterk in hun ontwikkeling worden belemmerd door de taaiheid van het water.2)

De verdere groei en ontwikkeling van de golven geschiedt niet alleen wanneer de windsterkte geleidelijk toeneemt, maar

1) Samengevat in Vaughan Cornish, Ocean Waves, blz. 125. 2) H. Jeffreys, Proc. R. Soc. 110, 241, 1926.

ook wanneer de windsterkte dezelfde blijft:hoe langer een golfje aan de inwerking van de wind blootgesteld is, hoe meer het groeit.

Op een ietwat winderige dag volgen we de golven die zich op een kleine vijver vormen welke vrij aan de wind blootgesteld is. We beginnen aan de windzijde van de vijver, waar de golven ontstaan, en nu gaan we verder en verder met de wind en de golfjes mee. We zien dan datde golflengte en de hoogte der golfjes geleidelijk toenemen. en dat hun kammen steeds rechter en langer worden. Hetzelfde opvallende verschijnsel is aan elk kanaal te zien dat voldoende vrij ligt en min of meer in de windrichting loopt. Alleen helemaal aan het einde, aan de lijzijde van de vijver of het kanaal, verdwijnen de golfjes bijna geheel, omdat de wind daar allerlei verontreinigingen bijeengeblazen heeft en het oppervlak met een vetlaagje bedekt is.

Het is de moeite waard bij snel opkomende storm de golfjes waar te nemen aan de lijzijde van een meer, daar waar hun baan eindigt: ze worden geleidelijk groter, en bereiken hun grenswaarde misschien pas na een uur. En dit aangroeien is niet zozeer een gevolg van toenemende windsterkte, maar veeleer toe te schrijven aan het feit dat de eerst aankomende golfjes slechts een korte, de volgende een toenemend langere baan onder invloed van de wind hebben afgelegd. De grenswaarde wordt bereikt, als golfjes die helemaal aan de overkant ontstaan zijn de tijd hebben gehad ons te bereiken.

Op een dergelijke wijze nu is het, dat de golven der zee ontstaan. Waarom zijn er tenslotte grote golven op de zee en niet op een vijver? Dat is noch door de sterkere wind, noch door de grotere diepte te verkaren, maar eenvoudig omdat het wateroppervlak zo uitgestrekt is, en dat de golven tijd moeten hebben om door de inwerking van de wind te groeien. Vandaar ook dat ze bij storm slechts na geruime tijd hun grootste afmeting bereiken, en dat die eindwaarde des te groter is naarmate de wind meer vrije ruimte heeft gehad: de hoogste golven die men op de Noordzee heeft waargenomen zijn groter dan op de Zwarte Zee; nog groter zijn ze in de Atlantische Oceaan, en het grootst van al in de Stille Oceaan.

Bestudeer bij verschillende weersomstandigheden de golfjes op een

snelstromende rivier. Als bijvoorbeeld een felle wind tegen de stroming in blaast, kunnen de golfjes zo groot worden dat ze vrijwel even snel lopen als de stroming, maar in tegengestelde richting. Men kan dan het merkwaardige schouwspel gadeslaaan van bijna onbewegelijke golfpatronen, waaronderdoor de rivier stromend gedacht moet worden.

PLAAT I.

Zeeën en zware deining in de Atlantische Oceaan (§ 93). Naar Vaughan Cornish, Waves of the Sea, bl. 51.

PLAAT II.

Branding, enkelvoudige golven en schuimrand aan een vlakke kust (§§ 97, 100). Naar Vaughan Cornish, Waves of the Sea, blz. 167.