Wat is een golf?
Een golf is het recht op en neer bewegen van een deeltje gezien door de tijd. Een golf verplaatst zelf geen massa in zijn loop richting, maar geeft alleen energie door. Zie het als een "wave" in bijvoorbeeld een voetbalstadion. De mensen bewegen op en neer, maar komen altijd weer op hun eigen stoeltje terecht er is dus geen verplaatsing, alleen een op en neer gaande beweging. Als je naar één persoon zou kijken zie je hem alleen maar opstaan en weer gaan zitten. Kijk je wat langer en naar iedereen dan zie je dat er een golf door het stadion gaat, die sneller beweegt dan iemand in het stadion kan lopen.
Zo is het in zee ook. Een watermolekuul op één enkele plek beweegt op en neer, maar kijken we naar alle watermolekulen en voor wat langere tijd dan zien we golven.
Ditzelfde gebeurt ook als we een golf grafisch uitzetten. Als op de Y-as de op en neer beweging wordt weergegeven en op de X-as de tijd, dan zien we dat als we de tijd op een klein stukje as uitzetten een op en neer gaande beweging, maar als we de tijd op een lang stuk uitzetten dan ontstaat er een sinusachtige figuur:
Hoe ontstaan golven?
Golven onstaan door de wind die over het water waait. Op de Noordzee is de wind het sterkst in de winter en hij komt voornamelijk uit het westelijk kwadrant.
De aantrekkingskracht tussen de watermoleculen zorgt er voor dat water glad wil zijn en dat is het in rust dan ook, zo glad als een spiegel. Bij het eerste zuchtje wind gaat het water rimpelen. Initieel hebben rimpelingen ronde toppen met puntige dalen. Het is de oppervlakte spanning die verantwoordelijk is voor deze vorm. Naarmate de golf langer wordt wordt de vorm van de golf niet meer door de oppervlakte spanning bepaald, maar door de zwaartekracht. De zwaartekracht zorgt ervoor dat de toppen puntig worden en de dalen rond. De afstand tussen twee punten in dezelfde staat, bijvoorbeeld van top tot top of van dal tot dal, van een golf noemen we de Golflengte en die wordt weergegeven als λ (spreek uit lambda).
Doordat het water rimpels of golven heeft zorgt ervoor dat de wind meer grip krijgt op het water. De wind blaast het water aan de ene kant naar de golf top toe en aan de luwe kant zakt het door de zwaartekracht naar beneden. Op deze manier beweegt de golf in dezelfde richting als de wind. Met het toenemen van de wind worden de golven hoger, de Golfhoogte wordt bepaald door de afstand tussen het hoogste punt, de top, en het laagste punt, het dal, en wordt weergegeven met een hoofdletter H.
Door dit omhoog geblazen worden en vallen van het water ontstaat een bijzonder fenomeen, namelijk het water dat omhoog geblazen wordt moet natuurlijk aangevuld worden door water wat van onderen komt en het water dat naar beneden zakt door de zwaartekracht moet ook weg kunnen. U voelt hem waarschijnlijk aankomen, dit vormt een cirkelbeweging. Een waterdeeltje in een golfdal zal als eerste tegen de looprinchting van de golf in omhoog gezogen worden om daarna in de richting van de golf weer naar beneden te bewegen en op het zelfde punt uit te komen waar het begonnen is.
Heel schematisch ziet een golf er uit zoals hierboven weergegeven. De wind blaast van links naar rechts. De roterende beweging van de watermolekulen is op een diepte die de helft is van de golflengte nagenoeg verdwenen.
De hoogte van een golf is afhankelijk van de wind, het tij en de temperatuur. Springvloed brengt over het algemeen hogere golven voort. Er is ook een simpele wetmatigheid tussen de golfhoogte en de temperatuur: hoe kouder de lucht ten opzichte van het water, hoe hoger de golven. In het najaar en de winter zullen golven dus hoger zijn dan in het voorjaar. In de Noordzee kan windkracht 7 zorgen voor golven van 4 meter hoog.
Als de door de wind opgestuwde top van een golf een hoek groter dan 120° gaat maken dan breekt de golf.Wanneer breken golven?
Een golf die naar de kust komt of een andere ondiepte zoals een zandbank tegen komt zal omhoog komen. Als een golf in ondiepwater komt wordt de onderkant van de golf vertraagd (geremd) door de bodem. Door deze remming wordt de lengte korter, en wordt de golf hoger.
Voordat we uitleggen hoe dit komt willen we eerst eens kijken wat "ondiep water" betekend. Een golf verliest zijn vertikale invloed op een diepte die gelijk is aan de helft van de golf zijn lengte. Dit betekend dat als een golf in water komt dat ondieper is dan de helft van de golflengte, de invloed van de bodem op de golf merkbaar wordt. Dit noemen we ondiep water en is dus per golf soort anders. Hoe harder de wind deste eerder is het "ondiepte punt" bereikt.
Het principe achter het hoger worden van de golf is gelegen in het feit dat de periode van een golf, de tijd die tussen twee pieken zit, gelijk blijft. Als een golf nu in ondieper water komt wordt deze aan de bodem geremd en hiermee neemt de snelheid van de golf af. De snelheid van een golf is een verhouding tussen de golflengte en zijn periode. Daar die periode altijd gelijk blijft moet bij een afnemende snelheid, ook de lengte afnemen. We krijgen dus kortere golven.
Deze kortere golven bevatten de energie van de lange golven. De kinetische energie wordt omgezet in potentiele energie en de golf wordt hoger, zolang de golf in steeds ondieper water komt zal dit proces zich voortzetten, totdat de hoogte van de golf zo hoog wordt dat hij instabiel wordt, en hij omvalt: breekt.
Op deze foto is te zien dat pas dicht bij de kust de golven omhoog komen. Verder uit de kust zijn de golven niet herkenbaar en "leven ze onder het oppervlak".
De vorm van de ondergrond zal bepalen hoe een golf breekt. Een langzaam oplopende kust maakt lange trage golven, die niet erg hol zijn. Een stijl oplopende kust zorgt voor snelle, korte golven die holler zijn.
Doordat de golven hun energie, gedeeltelijk, kwijt raken via de bodem vindt er transport van sediment plaats. Golven in ondiep water zorgen ervoor dat bijvoorbeeld zand en klei, maar ook organisch materiaal in het water wordt opgenomen. In rustigere gebieden zal het opgewerkte materiaal weer bezinken. Hoe rustiger het water deste kleiner de deeltjes die bezinken, eerst grof zand, dan fijn zand en uiteindelijk de klei.
Brekende golven brengen, naast bodemerosie, ook een enorme hoeveelheid zuurstof in het water.
Wat is deining?
Ook als er geen wind is zijn er soms golven. Dit fenomeen staat bekend als deining, het zijn de golven die over zijn nadat de wind is gaan liggen. Deze golven die op bijvoorbeeld de Atlantische Oceaan van heel ver kunnen komen, worden onder invloed van de zwaartekracht steeds lager, maar ze worden ook gevormd tot zogenaamde sets; groepjes van golven.