Come si formano le onde

Le onde sono fenomeni naturali spettacolari e a volte pericolosi. La loro altezza può variare da pochi centimetri fino a 32,3 metri per l’onda più alta mai registrata con strumenti, o addirittura oltre i 34 metri per quelle osservate visivamente.

L’origine e la natura delle onde

Un’onda è una deformazione della superficie di una massa d’acqua, causata più spesso da un altro fluido: il vento. All’interfaccia tra aria e acqua, il vento crea onde sugli oceani, sui mari e sui laghi. Fenomeni meno frequenti, come terremoti, eruzioni vulcaniche o cadute di meteoriti, possono generare onde chiamate tsunami o maremoti. Anche le maree sono responsabili di onde particolari, come i mascaret, che sono bruschi innalzamenti d’acqua nei fiumi o negli estuari durante le grandi maree.

Le onde sono onde meccaniche, ossia fenomeni che si spostano periodicamente nel tempo (periodo) e nello spazio (lunghezza d’onda). Possono propagarsi per chilometri prima di raggiungere la costa, aumentando di forza in base alla pendenza del fondale oceanico. Comprendere questo fenomeno richiede una modellizzazione fisica delle onde.

Una breve storia delle onde

L’astronomo e matematico George Biddell Airy ha fornito la teoria più semplice per descrivere le onde regolari (periodiche). Secondo la teoria di Airy, la superficie dell’acqua assume una forma sinusoidale. Questa è una visione semplificata della realtà, valida per onde con bassa curvatura (rapporto tra altezza e lunghezza d’onda).

Osservando attentamente le onde in mare, si nota che la maggior parte non è sinusoidale: le creste sono più appuntite, mentre i fondi sono più piatti. Ciò che risulta interessante nella teoria di Airy è che le particelle d’acqua descrivono ellissi quasi chiuse, la cui dimensione si riduce con la profondità. Si tende erroneamente a pensare che un’onda trasporti chi si trova in acqua; in realtà, se si nuota in profondità mentre l’onda si propaga, si nota un movimento oscillatorio avanti e indietro, non intuitivo ma ben evidenziato dalla teoria di Airy.

In acque profonde, dove la profondità è superiore alla metà della lunghezza d’onda, queste ellissi diventano cerchi. Il fatto che le ellissi non siano del tutto chiuse è una manifestazione della “deriva di Stokes”. Vicino alla superficie, la velocità di una particella d’acqua sotto una cresta è maggiore rispetto alla velocità opposta sotto il successivo fondo. Ciò provoca una deriva nella direzione di propagazione dell’onda, che può invertirsi in profondità.

Il moto ondoso vicino alla riva

Passiamo ora a ciò che interessa di più durante l’estate: affrontare le onde… con stile! In realtà, “domare un’onda” significa comprenderne il frangimento.

Alcune onde sono troppo curve per rimanere stabili e finiscono per infrangersi. Quando si avvicinano alla riva, la profondità diminuisce, la forma delle onde cambia, inizialmente in modo simmetrico e successivamente con un lato anteriore sempre più ripido. Quando l’onda si infrange, la maggior parte della sua energia viene dissipata in vortici e bolle d’aria, contribuendo ad accelerare la corrente nella direzione del frangimento.

La forma del frangimento vicino alla riva dipende principalmente dalla pendenza del fondale. Su pendenze crescenti si distinguono tre tipi principali di frangimento:

• Frangimento progressivo o scivolante: si verifica su spiagge a pendenza molto bassa. Le onde iniziano a infrangersi lontano dalla riva, formando una cresta schiumosa che cresce man mano che avanza, lasciando dietro di sé una scia di schiuma.
• Frangimento a tubo o rompente: crea i celebri “tubi” apprezzati dai surfisti. L’onda si avvolge intorno a una bolla d’aria e si schianta creando spruzzi spettacolari. Questo accade su pendenze ripide o cambi improvvisi di profondità, come in presenza di una barriera.
• Frangimento frontale o gonfiante: si verifica su spiagge ripide, dove l’onda si solleva e si infrange senza formare un tubo. La zona di frangimento è stretta, e molta energia viene riflessa verso acque più profonde.

Trai energia dalle onde

I surfisti sfruttano l’energia dissipata durante il frangimento delle onde per ottenere la spinta necessaria al movimento e per eseguire figure sulla tavola. Le onde con frangimenti a tubo sono le preferite dai surfisti con tavole corte (shortboard), poiché permettono una pratica più dinamica con cambi di direzione e figure acrobatiche.

Saper riconoscere il tipo di frangimento è una competenza fondamentale per i surfisti, che diventano così dei “fisici pratici” delle onde.

Che si giochi, si contempli o si affrontino, le onde offrono momenti di libertà unici regalati dalla natura. E ricordiamo che abbiamo una sola Terra su cui vivere estati indimenticabili!