Pintaaaltoja

Pintaaaltoja ovat nesteen vapaan pinnan ylle muodostuvia aaltoja, joita esiintyy yleisesti veden pinnalla. Ne syntyvät, kun pinnan nesteeseen kohdistuu häiriö, esimerkiksi tuulen aiheuttama virtaus, kappaleen liike pinnalla tai maanjäristykset, ja niiden energia siirtyy aaltoina pinnan poikki. Pintaaallot voivat kulkea suurkauankoja pitkiä matkoja ja muuttua pinnan olosuhteiden mukaan.

Aallot voidaan jakaa pääasiallisesti kahteen luokkaan dominantin palauttavan voiman mukaan: gravitaatioaalloiksi, joiden palauttava voima on pääasiassa gravity, sekä kapillaariaaltoiksi, joiden palauttava voima johtuu pintajännityksestä. Gravitaatioaallot esiintyvät pitkillä aallonpituuksilla, kapillaariaaltoja lyhyillä aallonpituuksilla. Usein niiden välillä esiintyy siirtymä, jossa molemmat voimat vaikuttavat yhtä aikaa.

Aallokonseptin keskeinen ominaisuus on aallon dispersio: kelluvan pinnan aaltojen yleinen taajuus ω ja wavenumber k liittyvät toisiinsa ympäristöolosuhteiden kautta. Yleinen epäyhtälö on ω^2 = tanh(kh) [ g k + (σ/ρ) k^3 ], jossa g on gravitaatiokii, σ pintajännitys, ρ tiheys ja h veden syvyys. Deep-water-olosuhteissa tanh(kh) ≈ 1, joten ω^2 ≈ g k + (σ/ρ) k^3. Shallow-water-olosuhteissa tanh(kh) ≈ kh, ja ω^2 ≈ (g k + (σ/ρ) k^3) kh. Aallon kulkunopeudet määritellään vaihe- ja ryhmänopeuksilla: vaihe­nopeus c_p = ω/k ja ryhmänopeus c_g = dω/dk.

Pintaaallot vaikuttavat merialueilla ja laboratorioissa, ovat keskeisiä esimerkiksi meriliikenteen suunnittelussa, rannikoiden muodostumisessa sekä laitteiden ja mittausten kalibroinnissa. Tutkimusaiheina ovat aaltojen muodostuminen, dissipaatiot, sekä niiden vuorovaikutukset tuulen ja muiden virtausten kanssa.