Jökull


Jökull - 01.12.1977, Blaðsíða 81

Jökull - 01.12.1977, Blaðsíða 81
An Equation for Gravity Waves on Deep Water GUNNAR BODVARSSON SCHOOL OF OCEANOGRAPHY AND DEPARTMENT OF MATHEMATICS OREGON STATE UNIVERSITY, CORVALLIS, OREGON 97331 abstract A single scalar equation for the amplitude of gravity waves on deep water can in the lineariz- ed infinitesimal amplitude approximation be derived on the basis of elementary potential theory. The spatial part of the wave operalor involved acts as the square root of the two- dimensional Laplacian operating on the domain defined by the static free surface. The charac- teristics of gravity waves such as dispersion re- sult from the special properties of this operator. INTRODUCTION The theory of gravity waves on deep water has interested mathematicians and physicists for centuries. The subject has a long and impres- sive history which can be traced back to Cauchy and Poisson at the beginning of the nineteenth century. Research in this field is still very active, and a number of excellent books have appeared (Stoker, 1957; Kinsman, 1965; Phillips, 1966) describing both the classical theory and notable recent results. It is of sorne interest to note that in spite of the very rich and well developed tlieory, no single equation which can be referred to as the equation of gravity waves of infinitesimal ampli- tude, appears to liave been set forth in the literature. Well defined wave equations, on the other hand, provide the basis for the theory of other oscillatory scalar fields such as in tlie theory of sound where d’Alembert’s equation plays a central role. Although it is quite obvious that the theory of gravity waves has been progressing very well without the benefit of a basic wave equation, there is little doubt that the availability of such an equation would help to both simplify and clarify some aspects of the theory. Tlie present short note intends to demonstrate that a gravity wave equation can be obtained by elementary means witiiin the framework of classical line- arized theory, viz., involving waves of an in- finitesimal amplitude on the surface of a deep layer of an ideal fluid. We will commence by introducing our principal mathematical tool, the surface operator which generates the deriva- tive of a harmonic function across a given sur- face on the basis of the values of tlie function on the surface. THE SURFACE OPERATOR Consider a rectangular coordinate system and a simply connected 2-dimensional domain 2 with a piecewise smooth boundary y embedded in the plane z = 0. Let B be the 3-dimensionaI cylindrical product domain of 2 antl the inter- val (0,d) on the z-axis. Moreover, let 2 + T denote the boundary of B where F consists of the side surface of B and the end face in the z = d plane. The general field point in B is P = (x,y,z). Let cf, (P) be a function which is harmonic in B, that is, -V20 = 0, P in B, (1) and which satisfies the Neumann type boundary condition on T, d(þ/dn = 0, P on T, (2) where n is the outward normal to F- Since cþ (l’) is harmonic in B and satisfies a prescribed condi- tion on r, its values in B are uniquely deter- mined by the boundary values cþ0 (S) on 2 where S = (x,y) is a field point on 2- The JÖKULL 27. ÁR 79
Blaðsíða 1
Blaðsíða 2
Blaðsíða 3
Blaðsíða 4
Blaðsíða 5
Blaðsíða 6
Blaðsíða 7
Blaðsíða 8
Blaðsíða 9
Blaðsíða 10
Blaðsíða 11
Blaðsíða 12
Blaðsíða 13
Blaðsíða 14
Blaðsíða 15
Blaðsíða 16
Blaðsíða 17
Blaðsíða 18
Blaðsíða 19
Blaðsíða 20
Blaðsíða 21
Blaðsíða 22
Blaðsíða 23
Blaðsíða 24
Blaðsíða 25
Blaðsíða 26
Blaðsíða 27
Blaðsíða 28
Blaðsíða 29
Blaðsíða 30
Blaðsíða 31
Blaðsíða 32
Blaðsíða 33
Blaðsíða 34
Blaðsíða 35
Blaðsíða 36
Blaðsíða 37
Blaðsíða 38
Blaðsíða 39
Blaðsíða 40
Blaðsíða 41
Blaðsíða 42
Blaðsíða 43
Blaðsíða 44
Blaðsíða 45
Blaðsíða 46
Blaðsíða 47
Blaðsíða 48
Blaðsíða 49
Blaðsíða 50
Blaðsíða 51
Blaðsíða 52
Blaðsíða 53
Blaðsíða 54
Blaðsíða 55
Blaðsíða 56
Blaðsíða 57
Blaðsíða 58
Blaðsíða 59
Blaðsíða 60
Blaðsíða 61
Blaðsíða 62
Blaðsíða 63
Blaðsíða 64
Blaðsíða 65
Blaðsíða 66
Blaðsíða 67
Blaðsíða 68
Blaðsíða 69
Blaðsíða 70
Blaðsíða 71
Blaðsíða 72
Blaðsíða 73
Blaðsíða 74
Blaðsíða 75
Blaðsíða 76
Blaðsíða 77
Blaðsíða 78
Blaðsíða 79
Blaðsíða 80
Blaðsíða 81
Blaðsíða 82
Blaðsíða 83
Blaðsíða 84
Blaðsíða 85
Blaðsíða 86
Blaðsíða 87
Blaðsíða 88
Blaðsíða 89
Blaðsíða 90
Blaðsíða 91
Blaðsíða 92
Blaðsíða 93
Blaðsíða 94
Blaðsíða 95
Blaðsíða 96
Blaðsíða 97
Blaðsíða 98
Blaðsíða 99
Blaðsíða 100
Blaðsíða 101
Blaðsíða 102
Blaðsíða 103
Blaðsíða 104
Blaðsíða 105
Blaðsíða 106
Blaðsíða 107
Blaðsíða 108
Blaðsíða 109
Blaðsíða 110
Blaðsíða 111
Blaðsíða 112
Blaðsíða 113
Blaðsíða 114
Blaðsíða 115
Blaðsíða 116

x

Jökull

Beinir tenglar

Ef þú vilt tengja á þennan titil, vinsamlegast notaðu þessa tengla:

Tengja á þennan titil: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Tengja á þetta tölublað:

Tengja á þessa síðu:

Tengja á þessa grein:

Vinsamlegast ekki tengja beint á myndir eða PDF skjöl á Tímarit.is þar sem slíkar slóðir geta breyst án fyrirvara. Notið slóðirnar hér fyrir ofan til að tengja á vefinn.