المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
غزوة الحديبية والهدنة بين النبي وقريش
2024-11-01
بعد الحديبية افتروا على النبي « صلى الله عليه وآله » أنه سحر
2024-11-01
المستغفرون بالاسحار
2024-11-01
المرابطة في انتظار الفرج
2024-11-01
النضوج الجنسي للماشية sexual maturity
2024-11-01
المخرجون من ديارهم في سبيل الله
2024-11-01


Shallow Water Waves  
  
815   04:10 مساءاً   date: 1-8-2016
Author : Sidney B. Cahn Boris E. Nadgorny
Book or Source : A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
Page and Part : part 1 , p 28


Read More
Date: 1-8-2016 1290
Date: 4-9-2016 1192
Date: 9-8-2016 1236

Shallow Water Waves

Water waves travel on the surface of a large lake of depth d. The lake has a perfectly smooth bottom and the waves are propagating purely in the +z direction (The wave fronts are straight lines parallel to the x axis. See Figure 1.1).

Figure 1.1

a) Find an expression for the velocity of the water v (y, z, t).

b) Find the corresponding dispersion relation. You may assume that the flow of the water is irrotational  that the amplitude of the waves is small (in practice, this means that v2 << gh, where h is the  height of the waves), that surface tension effects are not important, and that water is incompressible.

c) Find the group velocity of the wave front and consider two limiting cases λ >> d, λ << d.  

SOLUTION

We essentially follow their solution. In this problem, we consider an incompressible fluid (which implies that the density is constant (see Figure 1.2). We also consider irrotational flow  and ignore the surface tension and viscosity of the fluid. This is a very idealized case. In this case,

Figure 1.2

we have  and since ρ is constant,  Combining this equation with the condition  allows us to introduce a potential φ (the so-called potential flow). The velocity v may be written in the form  and for the potential we have

(1)

On the bottom, we have the boundary condition

(2)

Using Euler’s equation for an irrotational field

(3)

(Here p is pressure,  is the acceleration of gravity.) We substitute and rewrite (3) as

(4)

Since (4) is the gradient of a function, the function itself will simply be

where f(t) is some arbitrary function of time which may be chosen to be zero. Also taking into account that v2/2 << gh, we have

Or

(5)

Consider the surface of the unperturbed water at y = d and introduce a small vertical displacement Y = y – d. Also, we assume that there is a constant pressure on the surface of the water p. Then from (5) we obtain

(6)

The constant p0 + ρgd can be eliminated by using another gauge for φ:

We now obtain from (6)

(7)

Again using the fact that the amplitude of the waves is small, we can write vy = ∂Y/∂t. In the same approximation of small oscillations, we can take the derivative at y = d. On the other hand, vy = ∂φ/∂y. So, from (7)

(8)

Now look for a solution for φ in the form φ = f(y) cos (kz – ωt). Substituting this into (1) gives

(9)

so

(10)

where A, B are arbitrary constants. From (2), we find that A = B and φ = A' cos h ky . cos(kz – ωt) where A' = 2A. By differentiating the potential we obtain the velocity components

b) From (8) we get the dispersion relation:

(11)

(12)

c) The group velocity of the waves is

(13)

Consider two limiting cases:

1) kd >> 1, d >> λ short wavelength waves. Then

2) kd << 1, d << λ long wavelength waves. Then




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.