Jökull


Jökull - 01.12.1977, Síða 81

Jökull - 01.12.1977, Síða 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
Síða 1
Síða 2
Síða 3
Síða 4
Síða 5
Síða 6
Síða 7
Síða 8
Síða 9
Síða 10
Síða 11
Síða 12
Síða 13
Síða 14
Síða 15
Síða 16
Síða 17
Síða 18
Síða 19
Síða 20
Síða 21
Síða 22
Síða 23
Síða 24
Síða 25
Síða 26
Síða 27
Síða 28
Síða 29
Síða 30
Síða 31
Síða 32
Síða 33
Síða 34
Síða 35
Síða 36
Síða 37
Síða 38
Síða 39
Síða 40
Síða 41
Síða 42
Síða 43
Síða 44
Síða 45
Síða 46
Síða 47
Síða 48
Síða 49
Síða 50
Síða 51
Síða 52
Síða 53
Síða 54
Síða 55
Síða 56
Síða 57
Síða 58
Síða 59
Síða 60
Síða 61
Síða 62
Síða 63
Síða 64
Síða 65
Síða 66
Síða 67
Síða 68
Síða 69
Síða 70
Síða 71
Síða 72
Síða 73
Síða 74
Síða 75
Síða 76
Síða 77
Síða 78
Síða 79
Síða 80
Síða 81
Síða 82
Síða 83
Síða 84
Síða 85
Síða 86
Síða 87
Síða 88
Síða 89
Síða 90
Síða 91
Síða 92
Síða 93
Síða 94
Síða 95
Síða 96
Síða 97
Síða 98
Síða 99
Síða 100
Síða 101
Síða 102
Síða 103
Síða 104
Síða 105
Síða 106
Síða 107
Síða 108
Síða 109
Síða 110
Síða 111
Síða 112
Síða 113
Síða 114
Síða 115
Síða 116

x

Jökull

Beinleiðis leinki

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.