Jökull


Jökull - 01.12.1977, Síða 83

Jökull - 01.12.1977, Síða 83
Horizontal fluid surface be X- We consider noqtion of the fluid with the velocity vector v (P,t) = (u,v,w) (P,t) and the pressure p (P,t) at the point P = (x,y,z) in F and time t. Under motion the free íluid surface is t). The Eulerian equations of motion for the fluid F take the forrn pDv/Dt = -Vp + pg (16) 'vhere D/Dt is the material derivative and g is the acceleration of gravity. Assuming no fluid sources these equations have to be adjoined by the condition of incompressibility V-v = 0. (17) Disregarding surface tension, the boundary conditions are Dp/Dt | j_0 = 0, Ponfl (18) and n • v = 0, P on r, (19) where n is the outward normal to T- In the case of small amplitude motion, we linearize (16) by neglecting the product terms on the left and assume that p = pb + p where ph is the hydrostatic pressure and p (P,t) is a small perturbation pressure such that |p|«|p|,|. We obtain on the basis of (16) p3tv = -VP (20) and applying (17) to (20) the standard result -V2P = 0 (21) follows revealing tliat p is a harmonic function in 15. The boundary condition for p is dp/dn = 0, P on r. (22) Moreover, since 3zph = gp, the linearized sur- face condition (18) reduces to 9tP + wpg = °’ p on fi- (23) As a final step of linearization, we move the condition (23) from Í1 to X by assuming that Í1 deviates from X by a small vertical amplitude h (S,t) which is positive up. Tlie perturbation pressure on X can then be approximated by P = pgh- The value of the vertical fluid velocity w is assumed to be the same on X as on fl and hence (23) reduces to 3th + w = 0. (25) Inserting w from (25) into the vertical com- ponent of (20) we finally obtain p9tth = 9ZP> P °n X’ (26) which in conjunction witli (21) and (22) is an equation for gravity waves of infinitesimal am- plitude. This form is, however, unsatisfactory since it includes two dependent variables h and p. The situation can be rectified by observing tliat because p is liarmonic in B its cross surface derivative at X can He expressed in terms of the values of P on X with the help of the sur- face operator H defined by (6). Hence, using (24) and (6) we can eliminate p from (26). In carrying out this final step we are also able to generalize (26) by including an impressed pres- sure source term in (24) represented by an impressed surface amplitude ho (S,t). The re- sulting equation is (9tt + gH) h = f, S in X’ (27) tvhere the source term is f = —gHh0. (28) Using the inverse of H defined by (15), we can also restate (27) in the following form (K9tt + g) h = —gh0. (29) The integro-differential equation (27) is our main result, the gravity wave equation to be derived. As stated, it applies to waves of in- finitesimal amplitude on deep water. NORMAL MODES, IMPULSE RESPONSE AND DISPERSION RELATION The gravity wave normal modes are obtained lty assuming for the jth mode hj = iq exp (icojt) (30) and inserting in (27) with f = 0 we obtain the simple mode relation -cof + gXjV2 = 0 (31) JÖKULL27. ÁR 81 (24)
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.