重力波 (流体力学)のソースを表示

[[画像:2006-01-14_Surface_waves.jpg|thumb|right|350px|水中に小物体を落としたときに水面にできる重力波の波紋]]
[[File:Shallow_water_waves.gif|thumbnail|500px|重力波のシミュレーションの例。<br>浅い浴槽に小物体を5回落としたときにできる重力波である。最初の波面は浴槽の壁で反射して後の波面と互いに干渉しあう。]]
[[画像:GravityWaves ArabianSea.MODIS.2005may23.jpg|thumb|right|200px|上空から見た[[海面]]の重力波]]
流体力学における'''重力波'''（じゅうりょくは、[[英語|英]]:gravity wave）とは、[[重力]]の作用によって力学的[[平衡]]状態にある[[媒質]]が、異なる[[密度]]の媒質中に変位したとき、重力を復元力として再び元の平衡状態に戻ろうとする過程で、媒質の[[界面]]で発生して界面に沿って進む[[波動]]のこと。よく見られる現象として、水面に生じる[[波浪]]が上げられる。これは界面である明瞭な表面を進む波となるため'''[[表面波]]'''とも呼ばれる。これらの波動は撹乱となって成長することがあり、これは[[ケルビン・ヘルムホルツ不安定性]]として知られる。なお、[[一般相対性理論]]によって記述される、時空の変位が光速で伝播する現象については[[重力波 (相対論)|重力波（相対論）]]を参照。両者は英語ではそれぞれgravity wave, gravitational waveと区別されているが、日本語では同じ重力波と呼ばれる。

このほか、海洋で湖沼で生じる[[サーモクライン|水温躍層]]中に急激に温度差が生じると、[[浮力]]を復元力として波動が発生する。また大気中においても同様に波動が発生し、[[大気波|大気重力波]]と呼ばれる。[[波状雲]]はこのような機構で生じる身近で観察できる例である。いずれも同じ媒体の内部で伝播する波という意味でこちらは'''内部波'''とも呼ばれる。

重力波の伝播速度 ''c'' は、生じた波の波長&lambda;と、媒質の（重力に対して）鉛直方向の高さ（深さ）''h'' を用いて次式で決まる<ref>{{cite|和書 |author=エゴン・クラウゼ |title=流体力学 |publisher=シュプリンガー・ジャパン |year=2008 |isbn=978-4-431-10020-1 |page=79}}</ref>：
:<math> c = \sqrt{\frac{g\lambda}{2\pi}\tanh\left(\frac{2\pi h}{\lambda}\right)}.</math>
ここで ''g'' は[[重力加速度]]である。上式は波の伝播速度''c'' が波長&lambda;に依存する分散性を示す。

媒質の深さ''h'' に比べて波長&lambda;が短い場合は、
:<math> c = \sqrt{g\lambda \over 2\pi}</math>
となる。逆に媒質の深さ''h'' に比べて波長&lambda;が長い場合は、伝播速度''c'' は波長&lambda;に依存せず、次の式で与えられる：
:<math> c = \sqrt{g h}.</math>

海洋で生じる[[津波]]は、波長が数10 ㎞以上に及ぶ極めて長い重力波であり、深い海底を伝わるとき伝播速度は非常に速くなる。

なお、実際にはこれに加えて界面付近の物質の[[表面張力]]を復元力とする波動（[[表面張力波]]）も加わる。[[無重力]]下ではこちらの波動が優性となった表面波が現れる。

== 脚注 ==
{{reflist}}

==関連項目==
*[[水面波]]
*[[山岳波]]

{{DEFAULTSORT:しゆうりよくは}}
[[Category:振動と波動]]
[[Category:波]]
[[Category:流体力学]]