Bølger ved havet

Hvad skaber bølger, og hvad nedbryder dem igen? Mål på havets bølger.

Far og barn i vaders i Roskilde Fjord ved Gershøj

Kort om forløbet

Havet er fascinerende og i konstant forandring. Men hvad er det egentlig som skaber bølger? Hvordan kan man beskrive bølger - og sammenligne dem? Hvor store er de, og hvad nedbryder dem igen?

Tag ud til havet - en dag med pålandsvind - og mål på bølgerne.

Formål

At eleverne beskriver og måler på et størrelse, som varierer, og som findes i en natur som kan give udfordringer i form af vind, regn, solskin, kulde.
De ældre elever kan arbejde med de mere komplicerede formler - fx i Excel.

Forberedelse

Hvordan skal læreren forberede sig selv og klassen

Påklædning efter vejret er et must. Det er næsten altid koldere ved havet end man regner med, så vindtæt ydertøj er godt. Det er godt at gennemgå, hvad det er I skal måle og hvordan I gør hjemmefra. Det er varmere og nemmere. Her er først lidt bølgeteori:

Hvad er bølger
Tal med klassen om, hvad en ”bølge” egentlig er. Bølger kan gå igennem både luft, vand og fast stof. Der er feks lydbølger fra en guitar, en højttaler, en stemme. En bølge er svingninger med toppe og dale. Nogle svingninger er regelmæssige med en top efterfulgt af en dal, andre uregelmæssige som stemmer i et musikband.

Bølgers højde, periode og længde
Bølger i havet defineres simplificeret som sinusbølger med en bølgetop efterfulgt af en bølgedal.

Højdeforskellen mellem top og dal kaldes bølgehøjden, H.
Tiden der går mellem at to toppe passerer et givent sted kaldes bølgeperioden, T.
Længden mellem to toppe kaldes bølgelængden, L.

Hvad bestemmer bølgens størrelse

Bølgerne dannes ved friktion mellem vinden og havoverfladen. Bølgernes størrelse afhænger af:

Vindhastigheden U (meter/sek)
I hvor lang tid vinden har blæst med den hastighed. I de nedenstående formler antages i lang tid til at bølgerne er fuldt udviklede.
Det frie stræk F (i meter), dvs længden af den havoverflade vinden kan blæse over.
Vanddybden (i meter).

Bølgehøjden H kan beregnes som:

Bølgeperioden T kan beregnes som:

Bølgelængden L kan beregnes som:

Bølger ved kysten
Bølgerne er på dybt vand cirkelbevægelser, hvis diameter aftager nedad i vandsøjlen. Når vanddybden aftager og de nederste cirkelbevægelser mærker bunden, bremses bølgen og cirkelbevægelserne bliver til ellipser. Når vanden bliver lavt nok bryder bølgen (hvidt skum) og mister højde og energi. Bølgen bryder når bølgehøjden er ca. 0,8 gange vanddybden.

Sådan gør du

Find en kyst med pålandsvind - og tag derud med klassen en dag med gode bølger.

Kig først på havet - og tal sammen om, hvordan bølgerne dannes - ved friktion mellem vinden og havet.
Læg mærke til bølgerne langt ude på havet - hvor høje er de mon?
Tal om, at bølgerne fortsætter i cirkulære bevægelser nedenunder vandet.
Læg mærke til, hvad der sker, når bølgerne nærmer sig stranden - og støder på havbunden. De rejser sig opad - og knækker.
Fortæl eleverne, at de i grupper skal måle vindens hastighed - og prøve at vurdere bølgernes højde og periode - og forklar dem hvordan I gør.

Grupper

Eleverne skal arbejde i grupper af 3 - 5. Hver gruppe får et kopiark til beregninger (se til højre). Første øvelse kan I gennemføre sammen - eller i grupper.

Mål vindens hastighed

Mål vindhastigheden med et aneometer over en periode på 1 minut.
Det gentages 5 gange.
Mål hvilken retning vinden kommer fra.
Mål kystlinjens retning (hav vandet på jeres venstre side).

Skriv resultaterne ned, også gerne variationen i vinden.

Vurder bølgehøjde
Nu skal grupperne vurdere bølgernes gennemsnitshøjde. Eleverne skal nu fokusere på det samme sted et godt stykke ude i vandet og vurdere hvor høje bølgerne er over en periode på 1 minut. De beregner gennemsnittet af deres vurdering og skriver det ned. Det gentages 5 gange.

Vurder bølgelængde

Dernæst tager eleverne tid på, hvor lang tid der er mellem to bølgetoppe for et antal bølger i et minut. De beregner gennemsnittet af deres vurdering og skriver det ned. Det gentages 5 gange. Skriv resultaterne ned, også gerne variationen i bølgerne.

Bearbejdning i klassen

Beregn og sammenlign

Beregn sammen med klassen bølgehøjden H, bølgeperioden T og bølgelængden L ud fra formlerne ovenfor - og sammenlign resultaterne med jeres observationer. Er der forskel og hvad betyder det hvis variationerne sættes ind i stedet?

Baggrund

Bølger i danske farvande - og større steder
De fleste bølger i Danmark er dannet lokalt af vinden og kaldes vindbølger. De er typisk med en kort periode og længde, mens højden kan blive stor. Efter en storm kan der være dønninger med længere periode og længde men med mindre højde. En Tsunami har eksempelvis en meget lav højde (0,5 m) på dybt vand, men er meget lang. Bølgerne bryder når havbunden bliver lav, se eksempel på http://www.youtube.com/watch?v=4VCfVOCfNFw

Forslag til videre arbejde

Find bølgehøjder og perioder forskellige steder i Danmark. Sammenlign med vindhastighed, retning og det frie stræk. Se forskellene og diskuter dem, gerne over et helt skoleår.
Prøv evt at finde ud af hvordan bølgerne kan forme kysten ved at følge undervisningsforløbet ”Hvordan bevæger sandet sig på en kyst?” her på hjemmesiden.
Se en storm på Youtube.