Kjempebølgen matematisk bevist

Bølgeteori er utfordrende. Bølgene oppstår ikke som sinuskurver. De er normalt ikkelineære med irregulær form.

Tradisjonelt har forskere brukt Schrödingers ligning for å beregne de ikkelineære bølgene. Med denne ligningen er det umulig å få de kjempebølgene som er målt på havet.

- Vi har utledet en ny ligning som viser matematikken bak disse kjempebølgene. Ligningen har vi fått bekreftet gjennom laboratorieforsøk og ved å studere satellittbilder av havoverflaten, forteller professor Jon Grue ved Matematisk institutt, Universitetet i Oslo.

Sammen med studenter og doktorander har professor Grue funnet frem til en algoritme som er meget rask. Metoden er basert på parallelliserte beregninger. Med raske nettverk og PC-er er det enkelt for forskerne å simulere forhold på havet. Kalkulasjoner som tidligere krevde store datamaskiner, kan nå gjøres på pulten.

- Alle som er avhengige av å simulere bølger for å beregne konstruksjoner på havet, får nå nye muligheter til å kunne optimalisere sine konstruksjoner, sier Grue. - Dette får stor betydning for skipskonstruksjon og vil påvirke klassifikasjonsselskapenes krav til styrke i skrog.

Nye målemetoder.

For å verifisere ligningen utviklet Grue og hans medarbeidere nye målemetoder for bølger. Hensikten var å kunne måle hastighetsvektorene nedover i bølgene og sammenligne måleresultatene med beregningene.

Ved å kombinere fototeknikk, et laserlys og bruk av bølgesimulator hvor det ble brukt små partikler i vannet, fikk de målt hastighetene i bølgene langt nedover i vannet. Grue og hans team tok et bilde hvert 200 nanosekund for å finne partikkelbevegelsen.

- Slik måler vi vektorene direkte. Vi har sammenliknet de målte resultatene med de beregningene vi har foretatt, og det viser seg at de overensstemmer. Og resultatene er oppsiktsvekkende. Partikkelhastigheten langt nedover i bølger på dypt vann viser at de beveger seg med inntil 75 prosent av hastigheten i overflaten. Det er enorm energi som er lagret i bølgene, sier professoren.

Grue og hans folk simulerte en målt kjempebølge på Draupner, som var grunnlaget for å utvikle ny teori, og fant at vannhastigheten nede i sjøen var på hele 53 kilometer i timen.

Dette påfører understellet langt større belastninger enn tidligere antatt. - Det er ikke umulig at helt nye retningslinjer må utvikles for bygging av stålkonstruksjoner til havs fordi vi er i stand til å beregne påkjenningen langt bedre enn tidligere, understreker Grue.

Vannvegg

De store ikkelineære bølgene kalles freakbølger. Professor Karsten Trulsen , som har samarbeidet med Grue, mener at metoden de har utviklet kan brukes til å forutsi når freakbølger vil oppstå.

- Da er det mulig å varsle skip om fare for å møte på slike enorme bølger som kan gjøre fatale skader.

Freakbølger er enorme. De kan bli opptil 30 meter høye. I forkant av bølgen dannes en stor grop som gjerne er inn til 15 meter dyp før veggen med vann kaster seg over skipet.

Moderne skip er ikke konstruert for å møte denne typen bølger, og det finnes eksempler på at baugpartiet rett og slett er blitt revet av. Inntil nylig var det stor skepsis blant vitenskapsmenn om at slike bølger var mulig, men den nye ligningen viser at det er fullt mulig både i teori og praksis.

Suger energi

En freakbølge suger energi fra de andre bølgene rundt seg og får en enorm ødeleggelseskraft.

- Vi skulle gjerne få forsket mer, men mangler penger til å fullføre prosjektet. Vi mener tprosjektet er meget viktig med tankenpå utbyggingen av oljevirksomheten i Barentshavet og nordområdene. Foreløpig analyser viser at våre beregninger har en usikkerhetsfaktor på rundt fem prosent. Å videreutvikle bølgeteoriene vil være et strategisk viktig program for Universitet i Oslo. Vi får bare håpe at oljeindustrien og andre snart finner ut at det finnes betydelig kunnskap her på institutett som kan komme næringene på havet til gode, påpeker Grue.