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La Física del Tsunami



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El terremoto de Sumatra que produjo la ola ha sido el cuarto más grande desde 1900Cómo salvarse de un tsunami Es difícil encontrarlas entre tanta muerte, pero en toda catástrofe se oculta alguna historia feliz, algún golpe de paradójica fortuna como el protagonizado por Tilly Smith, una niña británica de 10 años que salvó la vida a un centenar de turistas el pasado día 26 en una playa de la isla de Phuket, en Tailandia. Unos minutos antes de que la gran ola destructora fuera visible desde la costa, el agua retrocedió alejándose de la playa. Muchos lo vieron, pero sólo Tilly supo interpretarlo. Era el signo de que se avecinaba un tsunami. Lo había estudiado en la escuela unas semanas antes. "¡Viene una ola gigante!", gritó. Nadie sabe por qué los turistas hicieron caso de la alarma de una niña, pero esa credulidad les salvó la vida, porque les dio tiempo de salir corriendo antes de que el tsunami fuera visible, y su playa fue una de las pocas de la isla de Phuket que no registraron víctimas.
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Lo que Tilly había aprendido en clase es un fenómeno bien documentado desde el catastrófico maremoto que destruyó Lisboa el 1 de noviembre de 1755. Lo primero que vieron los lisboetas fue que el agua retrocedía exponiendo a la vista el fondo marino, y el espectáculo fue tan insólito que muchos de ellos bajaron a la arena húmeda para presenciarlo de cerca. El muro de agua llegó unos minutos después y acabó con sus vidas de forma instantánea. La historia se acaba de repetir. Y la asombrosa actuación de Tilly demuestra lo mucho que se podría haber evitado, no ya con sofisticados detectores ni costosas redes de alarma, sino tan sólo con un conocimiento básico de la física de un tsunami.
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El tsunami es una onda superficial en el agua La superficie libre de un líquido en equilibrio sometido a la gravedad y a la tensión superficial es plana y horizontal. Si la superficie del fluido se aparta de su posición de equilibrio en algún punto, por efecto de una perturbación cualquiera, se origina un movimiento en el líquido. Este movimiento se propaga sobre toda la superficie en forma de ondas, llamadas ondas superficiales. Estas ondas afectan también el interior del fluido, pero con menos intensidad a mayores profundidades. LA FÍSICA DEL TSUNAMI
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Los efectos de la tensión superficial son importantes sólo si la longitud de onda es muy corta. Si la longitud de onda es lo suficientemente grande (mayor que algunos centímetros si el líquido es agua), la fuerza de restitución se debe sólo a la gravedad y tenemos entonces las ondas denominadas ondas de gravedad. Las ondas superficiales de gravedad en un fluido son más complejas que las ondas transversales en cuerdas o las ondas longitudinales en un resorte. Cuando se afirma que la onda que se propaga en el agua desplaza a un corcho arriba y abajo se sugiere que las partículas de agua se mueven en la dirección transversal al sentido de propagación de la onda.
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Sin embargo, si el fluido es incompresible, los elementos de volumen del agua no se pueden mover solamente en sentido vertical, pues cuando un elemento de volumen desciende, otra porción del fluido tiene que desplazarse en sentido horizontal para dejarle lugar. El movimiento de las partículas del agua no es, por lo tanto, ni longitudinal ni transversal. Las trayectorias de las partículas del fluido son más bien circulares como se muestra en la figura que se muestra en la próxima diapositiva.
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Esto confirma nuestra experiencia en la playa: cuando nos llega una ola nos mueve para arriba y hacia adelante y para abajo y hacia atrás cuando la ola pasa
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Ondas en aguas profundas (h > ?/2)
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ondas en aguas poco profundas (h < ?/10)
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(Gp:) ? = 2L Medición de la velocidad de fase de las ondas superficiales en el agua Para diferentes valores de h se mide el periodo de las oscilaciones Si L = 20 cm ? = 40 cm VF = ?/T
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(Gp:) 0 (Gp:) 0.01 (Gp:) 0.02 (Gp:) 0.03 (Gp:) 0.04 (Gp:) 0.05 (Gp:) 0.06 (Gp:) 0.07 (Gp:) 0.08 (Gp:) 0.09 (Gp:) 0.1 (Gp:) 0 (Gp:) 0.1 (Gp:) 0.2 (Gp:) 0.3 (Gp:) 0.4 (Gp:) 0.5 (Gp:) 0.6 (Gp:) 0.7 (Gp:) 0.8 (Gp:) 0.9 (Gp:) 1 (Gp:) h (Gp:) velocidad de fase (Gp:) agua poco profunda (Gp:) agua profunda (Gp:) ? = 0.40 m
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(Gp:) A V = Volumen de agua que sube una altura A ? (1/2)(?/2)A*1 Energía potecial = mgh = ?VgA=(1/4)*(?A) ?gA =(1/4)?gA2? Energía total E = Ep + Ec = (1/2) ?g A2 ? Energía de la onda de superficie (energía necesaria para levantar el agua desde el valle a la cresta)
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(Gp:) ? La energía almacaneda, en una longitud de onda, por unidad de longitud en la dirección perpenducular a la diapositiva es E = (1/2) ?g A2 ? Esta energía atraviesa la superficie punteada de la figura en un intervalo de tiempo T (el periode de la onda), por lo tanto, la potencia P de la onda es: Potencia de la onda de superficie
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Para ondas superficiales en aguas poco profundas Entonces, Estas son las ecuaciones fundamentales de la física del trunami
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Si la profundidad del océano varía lentamente, el tsunami no se refleja apreciablemente, en su viaje desde el alta mar hacia el litoral. Si además, la disipación de energía es pequeña, la potencia P de la onda se mantiene constante, en su viaje desde el alta mar la litoral O sea,