Enige optische methoden voor het meten van zeer kleine watergolven

T e c h n i s c h e H o g e s c h o o l D e l f * ^ ü . Weg- en Waterbouwkunde V l o e l s t o f m e c h a n i o a E n i g e o p t i s c h e m e t h o d e n v o o r h e t m e t e n v a n z e e r k l e i n e w a t e r g o l v e n d o o r L.H. H o l t h u y s e n T e c h n i s c h e H o g e s c h o o l D e l f t 1 9 7 1

I n h o u d b l a d z i j d e I I n l e i d i n g 1 I I S c h a d u v i f c o n t r a s t - f o t o g r a f i e 3 I I I S t e r e o - f o t o g r a m m e t r i e 7 I V Moiré-tekening m e t h o d e 15 V " S t a r r e d s k y " m e t h o d e • l 8 • V I O v e r i g e m e t h o d e n 19 V I I R e g i s t r a t i e v a n p e r i o d i e k e bev/egingen 20

1 -I -I n l e i d i n g V o o r sommige o n d e r z o e k e n z a l h e t w e n s e l i j k z i j n een h y d r a u l i s c h s c h a a l m o d e l t e bouwen. V o o r a l b i j w a t e r b o u w k u n d i g e p r o b l e m e n z u l l e n m o d e l l e n gebouwd w o r d e n d i e b e t r e k l i i n g h e b b e n o p s t r o m i n g s en g o l f v e r s c h i j n s e l e n , h o e w e l o o k a n d e r e v a k -g e b i e d e n -g e b r u i k maken v a n d i t s o o r t m o d e l l e n . We b e p e r k e n o n s i n d i t v e r s l a g t o t d i e m e t i n g e n d i e b e t r e k k i n g h e b b e n op de v e r -a n d e r i n g v -a n de h o o g t e v -a n h e t w -a t e r o p p e r v l -a k . O v e r h e t -a l g e m e e n z u l l e n d i t variërende b e w e g i n g e n z i j n en k u n n e n daarom a l s w a t e r -g o l v e n w o r d e n b e s c h o u w d . Om v e r s c h i l l e n d e r e d e n e n i s h e t soms n i e t m o g e l i j k om met b e h u l p v a n c o n v e n t i o n e l e m e e t m e t h o d e n ( b , v . e l e c t r o n i s c h e w e e r s t a n d s -m e t i n g ) de w a t e r h o o g t e t e -m e t e n , h o e w e l h i e r a l v r i j g e a v a n c e e r d e m e t h o d e n g e b r u i k t w o r d e n . H e t n a d e e l v a n deze m e t h o d e n i s v a a k d a t de w a t e r d i e p t e en de g o l f h o o g t e a a n een h o o g minimum g e b o n d e n z i j n , t e r v / i j l s l e c h t s i n f o r m a t i e v e r k r e g e n w o r d t o v e r een v r i j b e p e r k t a a n t a l p u n t e n . B o v e n d i e n k a n b i j v o o r b e e l d h e t m e t e n i n tv^ee d i m e n s i e s o n a a n t r e l d t e l i j k w o r d e n d o o r h e t g r o o t a a n t a l b e n o d i g d e p u n t e n , t e r w i j l de m e e t r e s u l t a t e n v a a k v i a een o m s l a c h -t i g e p r o c e d u r e m o e -t e n w o r d e n b e v / e r k -t , a l v o r e n s e n i g e i n -t e r p r e -t a -t i e m o g e l i j k i s . De r e s u l t a t e n v a n de c o n v e n t i o n e l e m e t h o d e n z i j n o v e r h e t a l g e m e e n z e e r n a u w k e u r i g . N a a s t d e z e m e t h o d e n , d i e de h o o g t e v a n h e t w a t e r o p p e r v l a k d i r e c t a a n h e t w a t e r m e t e n , z i j n e r o o k o p t i s c h e m.eetmethoden. Deze m e t h o d e n h e b b e n h e t g r o t e v o o r d e e l d a t de g o l f v e r s c h i j n s e l e n n i e t v e r s t o o r d w o r d e n d o o r de m e e t i n s t r u m e n t e n , t e r v / i j l h e t w a t e r o p p e r v l a k i n e b n , i n p r i n c i p e , o n e i n d i g a a n t a l p u n t e n

2 -w o r d t v a s t g e l e g d . D a a r n a a s t i s h e t r e s u l t a a t v a n de r e g i s t r a t i e o p z e e r k o r t e t e r m i j n t e i n t e r p r e t e r e n , w a t v o o r a l i n de e x p e r i -m e n t e l e f a s e een g r o o t v o o r d e e l k a n z i j n . B o v e n d i e n z i j n d e z e m e t i n g e n z e e r o v e r z i c h t e l i j k en e e n v o u d i g v i s u e e l t e r e p r e s e n t e r e n , I n d i t v e r s l a g v/ordt een o v e r z i c h t g e g e v e n v a n m e t h o d e n d i e a f h a n k e l i j k v a n h e t g e s t e l d e d o e l , a l o f n i e t i n a a n m e r k i n g komen v o o r g o l f m e t i n g e n i n b e p a a l d e m o d e l l e n . De m e t h o d e n h e b b e n a l l e de:bovengenoemde v o o r d e l e n . Op een m e t h o d e ( s t e r e o f o t o -g r a m m e t r i e ) z a l d i e p e r i n -g e -g a a n w o r d e n . De m e t h o d e n d i e b e l i c h t w o r d e n z i j n : - s c h a d u w c o n t r a s t - f o t o g r a f i e - s t e r e o f o t o g r a f i e - " s t a r r e d s k y " m e t h o d e - Moirè-lijnen m e t h o d e - o v e r i g e m e t h o d e n ,

3 -I -I S c h a d u v / c o n t r a s t - f o t o g r a f i e Deze m e t h o d e b e r u s t op h e t v e r s c h i j n s e l d a t l i c h t s t r a l e n b r e k e n b i j h e t i n v a l l e n op een g e b o g e n w a t e r - l u c h t o p p e r v l a k . I n d i e n u i t g e g a a n v/ordt v a n een e v e n w i j d i g e s t r a l e n b u n d e l , z a l n a m e l i j k h e t v o l g e n d e e f f e c t o p t r e d e n ; d o n k e r l i c h t O n d e r de c o n v e x e g e d e e l t e n v a n h e t o p p e r v l a k z a l een l i c h t e b a n d t e z i e n z i j n , t e r w i j l o n d e r de c o n c a v e g e d e e l t e n een d o n k e r e b a n d o n t s t a a t . I n d i e n d i t r i a t r o o n v a n l i c h t en d o n k e r n a u w k e u r i g k a n w o r d e n v a s t g e l e g d , i s h e t i n p r i n c i p e m o g e l i j k h i e r u i t de w a t e r h o o g t e i n i e d e r p u n t t e b e p a l e n . De r e k e n w i j z e d i e h i e r v o o r g e b r u i k t d i e n t t e w o r d e n i s e c h t e r v r i j complex, en z a l h i e r n i e t b e h a n d e l d w o r d e n . De l i c h t s t e r k t e op de bodem k a n op v e r s c h i l l e n d e m a n i e r e n w o r d e n v a s t g e l e g d ; de m e e s t v o o r de h a n d l i g g e n d e i s h e t b e l i c h t e n v a n f o t o g r a f i s c h m a t e r i a a l d o o r d i t l i c h t p a t r o o n . E e n ' v r i j e x a c t e r e g i s t r a t i e w o r d t v e r -k r e g e n d o o r de bodem v a n h e t m o d e l i n g l a s u i t t e v o e r e n en h i e r o n d e r e e n l i c h t - g e v o e l i g e p l a a t a a n t e b r e n g e n . De b e l i c h t i n g g e s c h i e d t dan d o o r een l i c h t f l i t s b o v e n h e t w a t e r o p p e r v l a k . Men v e r k r i j g t d u s e e n " n e g a t i e f " d a t e v e n g r o o t i s a l s h e t g e m e t e n g e b i e d . Deze m e t h o d e v a n v a s t l e g g e n v a n h e t l i c h t p a t r o o n z a l a l l e e n p r a c t i s c h t o e p a s b a a r z i j n v o o r k l e i n e m o d e l l e n met e e n

h i e r v o o r c o r r e c t i e s m o e t e n w o r d e n t o e g e p a s t . De t o n e n g r i j s d i e z o u d e n o n t s t a a n b i j z w a r t - w i t a f d r u k l ^ e n , z i j n i n g r a d a t i e s • i n t e d e l e n en k u n n e n , v i a e e n ' s p e c i a a l procédé, a l s v e r s c h i l -l e n d e k -l e u r e n w o r d e n z i c h t b a a r g e m a a k t . Een w a t p r a c t i s c h e r m a n i e r v a n v a s t l e g g e n v a n h e t l i c h t p a t r o o n i s h e t f o t o g r a f e r e n v a n de ( m a t - ) g l a z e n bodem v a n h e t m o d e l , w a t u i t e r a a r d e e n z e l f d e i n f o r m a t i e g e e f t . M a a r o o k h i e r g e l d e n d e z e l f d e b e z w a r e n b e t r e f f e n d e de u i t v o e r i n g en v o r m g e v i n g v a n h e t m o d e l . Een m o g e l i j k e o p s t e l l i n g v a n een d e r g e l i j k e m e t i n g w o r d t h i e r w e e r g e g e v e n ; " r i p p l e - t a n k ' f o t o a p p a r a a t U i t b r e i d i n g v a n h e t m o d e l b u i t e n ! d e raeetzone b e h o o r t n a t u u r l i j k t o t de m o g e l i j k h e d e n . G e e f t de e x a c t e u i t w e r k i n g v a n deze m e t h o d e de n o d i g e p r a c t i s c h e b e z w a r e n , v o o r s n e l l e v i s u e l e i n t e r p r e t a t i e - v a n de o p t r e d e n d e

5 -f e n o m e n e n i n h e t m o d e l i s d e z e m e t h o d e b i j z o n d e r g e s c h i k t . De m e t h o d e k a n i n d a t g e v a l s t e r k v e r e e n v o u d i g d w o r d e n d o o r h e t l i c h t e f f e c t op de bodem t e f o t o g r a f e r e n d o o r de w a t e r l a a g h e e n . H i e r d o o r o n t s t a a n n a t u u r l i j k a a n z i e n l i j k e a f w i j k i n g e n , maar een-goede i n d r u k v a n h e t p a t r o o n k a n d e s a l n i e t t e m i n v/orden v e r k r e g e n . . V o o r a l a l s een a a n g e p a s t e b e l i c h t i n g v / o r d t t o e g e p a s t k u n n e n g o e d e r e s u l t a t e n w o r d e n b e r e i k t . D i t k o m t d o o r d a t h e t " f o c u s s i n g " -e f f -e c t v / o r d t v -e r s t -e i i i t -en -e r d u s -e -e n g r o t -e r v -e r s c h i l o n t s t a a t t u s s e n de d o n k e r e en l i c h t e r e p a r t i j e n . Een o p s t e l l i n g d i e i n D e l f t i s t o e g e p a s t i s d e z e ; s c h e v e l i c h t i n v a l H e t r e s u l t a a t v a n eeii d e r g e l i j k e opname i s g e g e v e n op p a g 6, H e t n a d e e l v a n d e z e o p s t e l l i n g i s d a t de p l a a t s v a n de schaduv/-b a n d e n n i e t meer o v e r e e n k o m t met de d e s schaduv/-b e t r e f f e n d e g o l f d a l e n en d a t h e t p a t r o o n b o v e n d i e n v / o r d t v e r s t o o r d i n d i e n de bodem n i e t v l a k i s . D i t s t o r e n d e e f f e c t i s m i n d e r n a a r m a t e de w a t e r d i e p t e k l e i n e r i s . H e t i s u i t e r a a r d n o o d z a k e l i j k d a t h e t w a t e r zo h e l d e r m o g e l i j k i s en d a t k l e u r s c h a l t e r i n g e n v a n h e t m o d e l z o v e e l m o g e l i j k m o e t e n v/orden v e r m e d e n , d a a r d i t s t o r e n d w e r k t op de l i c h t d o o r g a n g en h e t l i c h t p a t r o o n . T o t n u t o e i s e r v a n u i t g e g a a n d a t moment-opnamen g e m a a k t w o r d e n , o m d a t h e t h i e r m e e m o g e l i j k i s de g o l f b e w e g i n g v a s t t e l e g g e n ( h i e r z a l op w o r d e n i n g e g a a n i n h o o f d s t u k YLI ) . H e t i s n a t u u r l i j k o o k m o g e l i j k om t e f i l m e n ( a l o f g e e n h i g h s p e e d c a m e r a ) , w a a r

6

-d o o r een b e t e r e o b s e r v a t i e v a n -de b e w e g i n g m o g e l i j k i s . D i t k a n v a a k b e t e r dan i n h e t m o d e l z e l f omdat de f i l m met i e d e r e g e w e n s t e s n e l h e i d k a n w o r d e n a f g e d r a a i d ; d e s n o o d s k a n i e d e r b e e l d j e a p a r t •••orden b e s t u d e e r d . C o n c l u s i e ; Deze m e t h o d e i s p r a c t i s c h m o e i l i j k t o e p a s b a a r v o o r e x a c t e m e t i n g e n i n een g r o o t m o d e l , maar v o o r s n e l l e v i s u e l e i n t e r p r e t a t i e i s z i j z e e r a a n v a a r d b a a r . R e f e r e n t i e : P i e r s o n , W.J,, J r . , "The i n t e r p r e t a t i o n o f C r o s s e d O r t h o g o n a l s i n V/ave R e f r a c t i o n Phenomena", T e c h n i c a l Memorandum No. 2 1 , U.S. Army,- B . E J B ; , 1 9 5 1 .

A a n g e z i e n e r een b e t r e k k i n g b e s t a a t t u s s e n de p a r a l l a x en h e t h o o g t e v e r s c h i l 5 k a n de h o o g t e v a h i e d e r p u n t t . o . v . een b e p a a l d v l a k w o r d e n b e p a a l d .

p / b = f/h^

i n h e t algemeens h= b . f / p S t e l t men h e t h o o g t e v e r s c h i l • t u s s e n A en B ( = d h ) k l e i n t . o . v , h , d a n k a n men d o o r differentiëren v e r k r i j g e n ; .2 dh = h' b . f dp M e t b e h u l p v a n d e z e f o r m u l e k a n men m e t h e t p a r a l l a x v e r s c h i l dp h e t h o o g t e v e r s c h i l b e r e k e n e n . H e t b e p a l e n v a n de p a r a l l a x k a n v r i j e e n v o u d i g op e e n | m e c h a n i s c h e v / i j z e v/orden u i t g e v o e r d i n een o p t i s c h i n s t r u m e n t , : .de s t e r e o s c o o p , I n deze s t e r e o s c o o p w o r d t h e t w a t e r o p p e r v l a k o p t i s c h g e r e p r o d u c e e r d met b e h u l p v a n h e t s t e r e o - f o t o p a a r . B o v e n d i e n i s h e t m o g e l i j k een f i c t i e f p u n t " z i c h t b a a r t e maken d o o r een p u n t m e t v a r i a b e l e p a r a l l a x ( i n s t e l -b a r e h o o g t e ) . Men l a a t d i t p u n t s a m e n v a l l e n met e e n p u n t v a n h e t v / a t e r o p p e r v l a k en de p a r a l l a x k a n g e m e t e n w o r d e n . D o o r h e t i n -v o e r e n -v a n de camera c o n s t a n t e n , k a n n u de h o o g t e -v a n h e t b e t r e f f e n d e p u n t w o r d e n b e p a a l d . H e t w a t e r o p p e r v l a k w o r d t d u s b e p a a l d

d o o r h e t r e g i s t r e r e n v a n de coördinaten v a n een m e r k p u n t d a t z i c h o v e r h e t o p t i s c h g e r e p r o d u c e e r d e v / a t e r o p p e r v l a k b e w e e g t . De p o s i t i e v a n d i t p u n t v/ordt v i s u e e l b e p a a l d en m e c h a n i s c h g e r e a l i s e e r d . De r e g i s t r a t i e v a n de coördinaten k a n d i g i t a a l • op p o n s b a n d g e z e t v/orden, w a a r n a met b e h u l p v a n een c o m p u t e r

een h o o g t e l i j n e n k a a r t k a n w o r d e n g e t e k e n d . H e t r e s u l t a a t v a n een h o o g t e l i j n e n t e k e n i n g d o o r de c o m p u t e r w o r d t w e e r g e g e v e n op p a g . l i l . De o p v a l l e n d e h a r m o n i s c h e a f w i j k i n g i n h e t h o o g t e -l i j n e n p a t r o o n w o r d t v e r o o r z a a k t d o o r d a t h e t m e e t p u n t h e e n en w e e r g a a n d b e s t u u r d i s ( - p r o f i e l m e t i n g ) en d a a r b i j , d o o r de o b j e c t i e v e i n t e r p r e t a t i e v a n de h o o g t e d o o r de u i t v o e r d e r ^ de h o o g t e c o n s t a n t e e n z e l f d e a f w i j k i n g v e r t o o n t . H e t i s o o k mogel i j k de m e c h a n i s c h e b e s t u r i n g t e k o p p e mogel e n aan een t e k e n u i t r u s -t i n g , d i e de g e v o l g d e weg v a n h e -t m e r k p u n -t v a s -t l e g -t . D o o r de h o o g t e v a n d i t p u n t c o n s t a n t t e h o u d e n o n t s t a a n r e c h t s t r e e k s h o o g t e l i j n e n ( h o o g t e l i j n e n m e t h o d e ) . G e w o o n l i j k v e r k r i j g t men b i j l u c h t k a r t e r i n g de t w e e c a m e r a p o s i t i e s d o o r een f i l m t e b e l i c h t e n met een b e p a a l d t i j d s i n t e r -v a l met één, s n e l bewegende ( -v l i e g t u i g ) c a m e r a . D a a r h e t b i j g o l f v e r s c h i j n s e l e n g a a t om een bewegend o b j e c t i s h e t b e t e r t w e e c a m e r a ' s t e g e b r u i k e n met i d e n t i e k e o p t i s c h e k a r a k t e r i s -t i e k e n , d i e -t e g e l i j k e r -t i j d f o -t o g r a f i s c h m a -t e r i a a l belich-ten» D o o r de c a m e r a ' s met een e l e c t r i s c h e i m p u l s t e , b e d i e n e n , i s h e t m o g e l i j k de f i l m s op e x a c t h e t z e l f d e t i j d s t i p t e b e l i c h t e n ( a l s t r a a g h e i d s - e f f e c t e n w o r d e n v e r w a a r l o o s d ) . Een s c h e r p f o t o p a a r k a n w o r d e n v e r k r e g e n d o o r een k o r t e b e l i c h t i n g s t i j d . De b e s t e r e s u l t a t e n w e r d e n i n D e l f t b e r e i k t met v e r t i c a l e opnamen, hoewe h e t i n sommige g e v a l l e n m i s s c h i e n h e t o v e r w e g e n w a a r d i s o b l i e k

10 -opna.raen t e maken. O v e r h e t a l g e m e e n i s de b e s c h i k b a r e h o o g t e i n een l a b o r a t o r i u m b e p e r k t en m o e t e n de c a m e r a ' s i n g e s t e l d w o r d e n op een b e p a a l d e a f s t a n d . D i t h o u d t i n d a t v e r t e k e n i n g e n k u n n e n o p t r e d e n d i e a a n -z i e n l i j k e g e v o l g e n k u n n e n h e b b e n v o o r de v e r w e r k i n g v a n de m e t i n g . Deze v e r t e k e n i n g m o e t d u s v a n t e v o r e n v o l l e d i g b e k e n d z i j n . De a f s t a n d v a n c a m e r a t o t . o b j e c t k a n v / a a r s c h i j n l i j k v e r g r o o t w o r d e n d o o r h e t g e b r u i k v a n s p i e g e l s , h o e w e l d i t o o k op b e z w a r e n s t u i t . ( o p s t e l l i n g en o p t i s c h e betrouwbaarheid)» D a a r n a a s t i s de nauw-k e u r i g h e i d v a n de m e t i n g s t e r nauw-k a f h a n nauw-k e l i j nauw-k v a n de nauw-k v / a l i t e i t v a n de g e b r u i k t e c a m e r a ' s ( b . v , v l a l t h e i d v a n de f i l m t i j d e n s de b e l i c h t i n g ) . D i t b e t e k e n t d a t a l s een h o g e n a u w k e u r i g h e i d w o r d t v e r e i s t , z e e r goede, c a m e r a ' s n o d i g z i j n ( d u s z e e r d u r e ) . Z o a l s a l e e r d e r o p g e m e r k t i s , d i e n e n e r op h e t w a t e r o p p e r v l a k d e f i n i e e r b a r e p u n t e n a a n w e z i g t e z i j n . O v e r h e t a l g e m e e n i s d i t b i j g o l v e n i n h e t l a b o r a t o r i u m n i e t h e t g e v a l . B i j v r i j g r o t e g o l v e n k u n n e n d e z e p u n t e n v e r k r e g e n v/orden d o o r een s u b s t r u c t u u r a a n t e b r e n g e n op b e s t a a n d e g o l v e n ( v . g . l , w i n d g o l v e n op d e i n i n g ) . I n h e t g e v a l v a n z e e r l i l e i n e g o l v e n z a l d i t e c h t e r o n o v e r k o m e l i j k e m o e i l i j k h e d e n g e v e n en de o p l o s s i n g moet dan z i j n h e t a a n b r e n g e n v a n een dun v l i e s j e d a t w e l d e z e p u n t e n b e z i t . Aan de u n i v e . r s i t e i t v a n T o k y o en a a n de T e c h n i s c h e H o g e s c h o o l D e l f t i s a l u m i n i u m -p o e d e r t o e g e -p a s t , t e r w i j l i n Hamburg h e t z a a d j e v a n de " l y c o -p o d i u m c l a v a t u m " i s g e b r u i k t . De e i g e n s c h a p p e n d i e d i t l a a g j e d i e n t t e b e z i t t e n k u n n e n a l s v o l g t v/orden s a m e n g e v a t

- n a u w e l i j k s e n i g e i n v l o e d op de o p p o r v l a l c t e s p a n n i n g

, , ,, v i s c o s i t e i t ~ s n e l l e s p r e i d i n g n a h e t beëindigen v a n t u r b u l e n t e f e n o m e n e n

1 1

-Om een i n d r u k t e g e v e n v a n h e t v i s u e l e e f f e c t v a n a l u m i n i u m p o e d e r i s op pag.IA- e e n f o t o h i e r v a n w e e r g e g e v e n .

Een o p s t e l l i n g v o o r een s t e r e o f o t o g r a f i s c h e opname z o u k u n n e n z i j n s b a g i s a f s t a n d m e e t g e b i e d H 2 ^ De p i e t t i g s t e l i c h t o p s t e l l i n g i s d i e v/elke een d i f f u s e v e r l i c h -t i n g g e e f -t . H e -t m e e -t g e b i e d k a n w o r d e n v e r g r o o -t d o o r meer c a m e r a ' s t e g e l i j k t e g e b r u i k e n o f d o o r de c a m e r a ' s t e v e r p l a a t s e n . E n i g e o p m e r k i n g e n b e t r e f f e n d e de m e t i n g v a n een e x p e r i m e n t b i j de T e c h n i s c h e H o g e s c h o o l t e D e l f t , d i e g e r e a l i s e e r d w e r d d o o r de f o t o g r a m r a e t r i s c h e a f d e l i n g v a n R i j k s w a t e r s t a a t : De t e m e t e n g o l f h o o g t e n v a r i e e r d e n v a n 0-13 mm. De c a m e r a ' s w e r d e n o n g e v e e r 3 m e t e r b o v e n h e t w a t e r o p p e r v l a k b e v e s t i g d . H e t b l e e k d a t de s t e r e o f o t o ' s v a n h e t o n g e s t o o r d e o p p e r v l a k een v e r v o r m i n g v a n d i t o p p e r v l a k i n de s t e r e o s c o o p g a v e n . E r z i j n t w e e > m o g e l i j k e o o r z a k e n h i e r v o o r . H o e w e l de l e n z e n v e r t e k e n i n g s v r i j z i j n i n d i e n ze z i j n i n g e s t e l d op o n e i n d i g k a n de l e n s v e r p l a a t s i n g d i e n o d i g was v o o r de k o r t e o b j e c t i e f - a f s t a n d , v e r t e k e n i n g t o t g e v o l g h e b b e n g e h a d . Op de t w e e d e p l a a t s i s e r r e d e n t e v e r o n d e r s t e l l e n d a t de

12 -f i l m n i e t v l a k was t i j d e n s de b e l i c h t i n g ^ Een c o m b i n a t i e v a n de t w e e e f f e c t e n , w e l k e n a u w e l i j k s g e s c h e i d e n k u n n e n v/orden, i s h e t m e e s t v / a a r s c h i j n l i j k . D a a r de v e r v o r m i n g i n tv/ee o p e e n v o l g e n d e s t e r e o f o t o ' s v a n h e t o n g e s t o o r d e o p p e r v l a k b i j n a g e l i j k v / a r e n , i s d e z e v e r v o r m i n g o o k aangenomen v o o r h e t v o l g e n d e s t e r e o f o t o - p a a r ( m e t i n g ) . D o o r h e t c o r r i g e r e n v a n de v e r v o r m i n g met b e h u l p v a n een d e r d e - o r d e p o l y n o o m , v/erd de' s t a n d a a r d a f w i j k i n g 0 , 4 mm*

V e r s c h i l l e n d e m e t h o d e n z i j n g e p r o b e e r d om d e f i n i e e r b a r e p u n t e n op h e t v / a t e r o p p e r v l a k t e v e r k r i j g e n . P o l y - s t y r e e n k o r r e l s ( + l r n m ) , ' z a a g s e l , p a p i e r s n i p p e r s , p l a s t i c s n i p p e r s , a l o f n i e t i n c o m b i n a t i e met k l e u r s t o f f e n g a v e n de v o l g e n d e m o e i l i j k h e d e n ; - g e b r e k aan c o n t r a s t " s t e r e o s c o p y " d r i j f v e r m o g e n - s t a t i s c h e e l e c t r i c i t e i t A l u m i n i u m - p o e d e r b l e e k u i t e i n d e l i j k de b e s t e r e s u l t a t e n t e g e v e n . H e t n u l - n i v e a u v o o r de m e t i n g e n w e r d v a s t g e s t e l d op 2 cm m i n u s h e t o n g e s t o o r d e w a t e r o p p e r v l a k . De r e l a t i e t u s s e n de f o t o ^ ^ a r e n w e r d v e r k r e g e n d o o r g e b r u i k t e maken v a n t w e e b a k e n d i e n a g e n o e g h o r i z o n t a a l b o v e n h e t w a t e r o p p e r v l a k v/aren o p g e h a n g e n . H e t r e f e r e n -t i e v l a k w e r d b e p a a l d d o o r d e ' h o o g -t e v a n de b a k e n -t e m e -t e n -t . o . v . h e t w a t e r o p p e r v l a k i n h e t " n u l m o d e l " ( o n g e s t o o r d w a t e r o p p e r v l a l t ) . ' De a p p a r a t u u r d i e g e b r u i k t w e r d om de o p t i s c h e r e p r o d u k t i . e 'te r e a -l i s e r e n en d a a r m e t i n g e n i n t e v e r r i c h t e n was een W i -l d AIO p -l o t t i n g m a c h i n e , g e k o p p e l d aan een EK8 r e g i s t r a t i e a p p a r a a t met een F a c i t p o n s e r . •

13 -V e r d e r e g e g e v e n s ; c a m e r a ' s 2 x H a s s e l b l a d 300 EL . l e n s lOL mm b a s i s a f s t a n d ± 60 cm v e r l i c h t i n g 3000 V/ 2 g e m e t e n g e b i e d 1 m a a n t a l p u n t e n 2^00 H e t e x p e r i m e n t was n i e t g e h e e l s u c c e s v o l , w a t t e w i j t e n was a a n de c a m e r a ' s d i e g e b r u i k t w e r d e n . H e t v e r d i e n t a a n b e v e l i n g c a m e r a ' s t e g e b r u i k e n met g l a s p l a t e n en m e r k t e k e n s (om h e t c e n t e r e n i n de s t e r e o s c o o p t e v e r b e t e r e n ) . A l s g e b r u i k v/ordt g e m a a k t v a n f i l m dan z a l een v o o r z i e n i n g a a n v / e z i g m o e t e n z i j n om de f i l m v l a k t e h o u d e n t i j d e n s de b e l i c h t i n g ( a a n z u i g i n g ) . C o n c l u s i e : Deze m e t h o d e s l a a t a l l e g e g e v e n s op i n een z e e r c o m p a c t e v o r m ( e e n s t e r e o - f o t o p a a r ) d i e z e e r e e n v o u d i g t e r e p r o d u c e r e n z i j n en d i t g e e f t o g e n b l i l d t e l i j k hét w a t e r o p p e r -v l a k -v i s u e e l -v/eer„ B o -v e n d i e n k u n n e n m e t i n g e n i n h e t f o t o p a a r op e l k g e w e n s t moment en i n e l k g e w e n s t p u n t v a n h e t g e f o t o g r a f e e r d e g e b i e d , g e r e a l i s e e r d w o r d e n . Een n a d e e l v o o r de t o e p a s s i n g v a n d e z e m e t h o d e k a n z i j n d a t de u i t r u s t i n g k o s t b a a r i s en d a t v a k -bekv/ame mensen de m e t i n g e n d i e n e n t e verrichten»

R e f e r e n t i e T e t s u o T a k a h e i , " U n t e r s u c h u n g e n über d e n W e l l e n l o s e n Bug", A u s z u g a u s d e n A b h a n d l u n g e n d e r J a p a n i s c h e n S c h i f f s b a u t e c h n i s c h e n G e s e l l s c h a f t , I n s t i t u t für S c h i f f s b a u d e r U n i v e r s i t a t Hamburg, I 9 6 0 ,

15

-I V Moiré-tekenin/r m e t h o d e H e t p r i n c i p e v a n d e z e m e t h o d e i s g e b a s e e r d op h e t f e i t d a t Moirélijnen z i c h t b a a r w o r d e n a l s dóór een r o o s t e r h e t s c h a d u w -b e e l d v a n d i t r o o s t e r op h e t w a t e r w o r d t g e o -b s e r v e e r d . H i e r t o e w o r d t b o v e n h e t w a t e r o p p e r v l a k een n e t v a n z e e r f i j n e d r a d e n g e s p a n n e n , w a a r n a h e t s c h a d u w b e e l d v/ordt v e r k r e g e n d o o r h e t r o o s t e r op h e t v / a t e r t e p r o j e c t e r e n met b e h u l p v a n een l i c h t -b r o n . H e t w a t e r o p p e r v l a k moet. d a n de f u n c t i e v a n p r o j e c t i e - d o e k h e b b e n , w a t b i j h e l d e r , d u s d o o r z i c h t i g , w a t e r n i e t h e t g e v a l i s . D o o r h e t w a t e r o p p e r v l a k t e b e s t r o o i e n met a l u m i n i u m p o e d e r k a n w e l een s c h a d u w b e e l d w o r d e n v e r k r e g e n ( w e l l i c h t o o k d o o r h e t v/ater o n d o o r z i c h t i g t e m a l i e n ) . D o o r h e t f o t o g r a f e r e n v a n d i t s c h a d u w b e e l d dóór h e t o o r s T ^ r o n k e l i j k e n e t , i s h e t m o g e l i j k Moiré-li j n e n , t e k r i j g e n d i e i n f o r m a t i e v e r s c h a f f e n o v e r de h o o g t e - v e r s c h i l l e n v a n h e t v / a t e r o p p e r v l a k , I n schema i s de s i t u a t i e a l d u s ;

16

-H e t k a n bewezen v/orden d a t een h y p o t h e t i s c h e s n i j k r o m m e v a n h e t v / a t e r o p p e r v l a k met h e t n e t een w i t t e Moirélijn i s . De M o i r é -l i j n e n g e v e n d u s d i r e c t de h o o g t e -l i j n e n v a n h e t v / a t e r o p p e r v -l a k . De f o t o g r a f i s c h e opnamen g e v e n , b i j een j u i s t e d i m e n s i o n e r i n g v a n de o p s t e l l i n g , de h o o g t e l i j n e n op de g e w e n s t e n i v e a u ' G Een o p s t e l l i n g i s ; H e t Moiré-effect k a n o o k v e r k r e g e n w o r d e n d o o r een f i j n n e t t e p r o j e c t e r e n o p h e t v / a t e r o p p e r v l a l i met b e h u l p v a n d i a - p r o j e c t i e . Door de f o t o g r a f i s c h e opname t e v e r g e l i j k e n met een s t a n d a a r d -opname ( p r o j e c t i e o p een p l a t v l a k ) v/ordt w e e r een Moiré-tekening v e r k r e g e n ( h e t i n t e r f e r e n t i e p a t r o o n v a n de tv/ee n e g a t i e v e n ) . V o o r een s n e l l e i n t e r p r e t a t i e v a n e x p e r i m e n t e n i s h e t m i s s c h i e n z e l f s v o l d o e n d e om een^Moiré-effect t e b e s t u d e r e n d a t o n t s t a a t a l s h e t n e t op de bodem v a n h e t m o d e l w o r d t g e s c h i l d e r d ( v e r g e -l i j k e n v a n v e r v o r m i n g e n v a n d i t p a t r o o n d o o r h e t n i e t - v -l a k k e w a t e r o p p e r v l a k met e e n s t a n d a a r d o p n a m e ) . E x a c t e m e t i n g e n z u l l e n h i e r m o e i l i j k h e d e n g e v e n d o o r h e t b r e k e n v a n de l i c h t s t r a l e n . C o n c l u s i e ; D i t i s een z e e r e e n v o u d i g e m e t h o d e , d i e ' d i r e k t de n e t v / a t e r o p p e r v l a k h o o g t e l i j n e n v a n h e t w a t e r o p p e r v l a k g e e f t .

17

-R e f e r e n t i e ; C o o l , J.C, en S c h o o n , P., "An o p t i c a l m e a s u r i n g s y s t e m f o r w a t e r t a b l e s " , F o u r t h C r a n f i e l d F l u i d i c s C o n f e r e n c e , p a p e r P3j C o v e n t r y , E n g l a n d , 1970,

13

-' -' S t a r r e d s k y " - m e t h o d e Deze m e t h o d e b e r u s t op de r e g i s t r a t i e v a n de r e f l e c t i e v a n e e n l i c h t p u n t j e op h e t v / a t e r o p p e r v l a k . B o v e n h e t m o d e l v/ordt een n e t v a n k l e i n e l a m p j e s g e s p a n n e n , w a a r n a een t i j d - o p n a m e w o r d t g e m a a k t v a n de r e f l e c t i e s v a n de l i c h t p u n t j e s op h e t w a t e r . Deze v e r z a m e l i n g l a m p j e s v e r k l a a r t de naam v a n deze m e t h o d e . D o o r d a t h e t b e e l d p u n t v a n e e n l a m p j e z i c h i n een g e s l o t e n k r i n g b e w e e g t ^ i s h e t m o g e l i j k d o o r een l a n g d u r i g e b e l i c h t i n g van een f i l m i n een c a m e r a d e z e b a a n v a s t t e l e g g e n . Deze b a a n h e e f t m e e s t a l de v o r m v a n een e l l i p s . U i t de a f m e t i n g e n v a n d e z e e l l i p s z i j n c o n ¬ c l u s i e s t e t r e k k e n met b e t r e k k i n g t o t de a m p l i t u d e en de r i c h t i n g v a n de g o l f . H e t v e r g e l i j k e n v a n e e n momentopname met een t i j d -opname m a a k t h e t z e l f s m o g e l i j k om g e g e v e n s t e k r i j g e n o m t r e n t de f a s e v a n de g o l f . '

R e f e r e n t i e : V a l e m b o i s J,, M e t h o d s u s e d a t t h e N a t i o n a l H y d r a u l i c L a b o r a t o r y o f C h a t o n ( F r a n c e ) f o r m e a s u r i n g a n d r e c o r d i n g g r a v i t y waves i n models.", G r a v i t y V'/aves P r o c - o f t h NBS, c i r c u l a r 521, 1952.

19

-O v e r i g e m e t h o d e n

V o o r h e t z i c h t b a a r maken v a n v e r s c h i j n s e l e n i n h e t m o d e l k a n o o k g e b r u i k gem.aakt v/orden v a n de schaduv/ d i e o n t s t a a t a c h t e r de g o l f t o p b i j een j u i s t e b e l i c h t i n g . H e t o n d o o r z i c h t i g maken v a n h e t v/ater z a l h e t e f f e c t n o g v e r g r o t e n . E r k a n o o k w e l g e -b r u i k g e m a a k t v/orden v a n de v e r t e k e n i n g d a t e e n v i e r k a n t e n - n e t o n d e r g a a t a l s h e t g e o b s e r v e e r d v/ordt d o o r h e t v / a t e r o p p e r v l a k

h e e n ( h e t v i e r k a n t e n - n e t i s op de bodem v a n h e t m o d e l a a n g e b r a c h t ) Soms w o r d t f l u o r i c i n e a a n h e t v/ater t o e g e v o e g d om een o p l i c h t e n v a n de g o l f k a m m e n t e b e r e i k e n . I n de t o e k o m s t i s h e t m i s s c h i e n m o g e l i j k om de l a s e r - t e c h n i e k t e g e b r u i k e n v o o r h e t m e t e n v a n g o l v e n i n l a b o r a t o r i a . V o o r m e t i n g e n op zee i s d e z e t e c h n i e k a l t o e g e p a s t , een a a n p a s s i n g v a n d e z e m e t h o d e v o o r l a b o r a t o r i u m o m s t a n d i g h e d e n l i j k t g e e n o n r e d e l i j k e v e r o n d e r s t e l l i n g , I n h o e v e r r e d e , op l a s e r g e b a s e e r -d e , h o l o g r a f i e t o e g e p a s t k a n w o r -d e n i s m i j n i e t beken-d» c o m b i n a t i e - v a n s c h a d u w c o n t r a s t - f o t o g r a f i e en f l u o r i c i n e t o e v o e g i n g

20 -V I I R e g i s t r a t i e v a n p e r i o d i e k e bev/egingen

V/anneer de v e r s c h i j n s e l e n d i e o n d e r z o c h t v/orden p e r i o d i e k i n de t i j d z i j n , i s h e t m o g e l i j k de bev/eging v a s t t e l e g g e n d o o r

f o t o g r a f i s c h e opnamen t e maken op een t e l k e n s v e r s c h i l l e n d p u n t v a n de b e w e g i n g . Op d e z e m a n i e r k a n de h e l e bev/eging g e v o l g d v/orden i n f r a c t i e s v a n de p e r i o d e . D i t k a n g e b e u r e n d o o r h e t b e -d i e n e n v a n -de c a m e r a o p t i j -d s i n t e r v a l l e n v a n N.T-:-o<:, v/aar N een g e h e e l g e t a l i s , T de p e r i o d e en oc de " s t a p g r o o t t e " i n de t i j d : .

/

>h

\\

\

/

\

4s

\

-T- 4s

t

De b e w e g i n g k a n zo dus b e n a d e r d v/orden i n een b e p a a l d a a n t a l p u n -t e n . De m o e i l i j k h e i d i s n u de b e d i e n i n g v a n de c a m e r a o p h e -t j u i s -t e moment, d a a r h e t b i j k o r t e p e r i o d e n v a a k een oc b e t r e f t v a n t i e n d e n v a n s e c o n d e n en d u s een n a u w k e u r i g h e i d geëist w o r d t v a n de o r d e v a n g r o o t t e v a n e n k e l e h o n d e r d s t e t o t e n k e l e d u i z e n d s t e v a n s e c o n -d e n . Om -d i t t e b e r e i k e n z i j n t w e e t e c h n i e k e n t o e t e p a s s e n . Deze t e c h n i e k e n g a a n e r v a n u i t d a t de camera^ ' e l e c t r o n i s c h b e d i e n d v/ordt o f d a t d e , e v e n t u e e l m e c h a n i s c h e , b e d i e n i n g s i m p u l s e l e c t r o -n i s c h Y/ordt g e r e g i s t r e e r d . Éet i s -n a m e l i j k m o g e l i j k ee-n i m p u l s met een v a s t t i j d s - i n t e r v a l v a n N.T-HDC s e c o n d e n e l e c t r o n i s c h o p t e weMven en d e z e i m p u l s de camera'' t e l a t e n b e d i e n e n . De a n d e r e m o g e l i j k h e i d i s om de camera o p w i l l e k e u r i g e t i j d s t i p p e n t e b e d i e n e n en d e z e t i j d s t i p p e n dan n a u w k e u r i g t e r e g i s t r e r e n . H e t g e b r u i k v a n een :

21

-f i l m c a m e r a k a n h e t v o o r d e e l h e b b e n d a t v e e l opnamen b e s c h i k b a a r z i j n ; h e t t i j d s i n t e r v a l m o e t d a n e c h t e r b e k e n d en c o n s t a n t z i j n . A l s de b e w e g i n g v o l d o e n d e k a n w o r d e n b e n a d e r d d o o r een s i n u s , d a n i s d e z e b e w e g i n g g e k a r a k t e r i s e e r d d o o r de f a s e en de a m p l i t u d e . V/ordt de h o o g t e v a n h e t w a t e r o p p e r v l a i c t . o . v . h e t g e m i d d e l -de v o o r g e s t e l d d o o r h , -de f a s e d o o r <p en -de a m p l i t u d e d o o r a, d a n g e l d t de v o l g e n d e f o r m u l e : h= Heiae^^^) w a a r u i t : h-j^= asin^p-j^- a l s h ^ en de w a t e r h o o g t e n z i j n op h ^ ^ a s i n( p 2 v e r s c h i l l e n d e t i j d s t i p p e n . O. D o o r <f-^~(f^=: -n/Z t e nemen, z i j n de a m p l i t u d e n en de f a s e v e r s c h i l l e n i n h e t b e s c h o u w d e g e b i e d t e b e p a l e n u i t t w e e opnamen» T i j d e n s e e n e x p e r i m e n t w e r d e e n v a n de b o v e n s t a a n d e m e t h o d e n g e b r u i k t v o o r h e t b e d i e n e n v a n de c a m e r a : e l e c t r o n i s c h e b e d i e -n i -n g o p w i l l e k e u r i g e t i j d s t i p p e -n . D a a r de p e r i o d e o -n g e v e e r ee-n h a l v e s e c o n d e b e d r o e g , m o e s t h e t v a s t l e g g e n v a n h e t t i j d s t i p v a n b e l i c h t e n een n a u w k e u r i g h e i d h e b b e n v a n o n g e v e e r

0,005

sec-. D i t k o n w o r d e n b e r e i k t d o o r de im.puls d i e de c a m e r a b e d i e n d e t e g e l i j k e r t i j d een r e c o r d e r . t e l a t e n b e d i e n e n waarmee op een p a p i e r s t r o o k , d i e een s n e l h e i d h a d v a n 10 cm/sec, de I m p u l s w e r d a a n g e t e k e n d .

22

De r e g i s t r a t i e v a n d e e e r s t e t i e n t w i n t i g ) r e s u l t e e r d e i n : nummer s e c . n

1

0

0

0

2

3.279

6

0.399

3

6.550

13

0.310

k

9.897

20

0.297

5

13,2/|1

27

0.281

6

16.515

0.195

7

19^827 ,

0

.1Z

|7

8

23.199

0.159

9

26.53A

55

0.134

10

29.816

62

0.056

de f o t o ' s v/erden genomen op n,Tvo<. s e c . TL=j> 0,2/fO s e c .

H e t b l e e k d u s d a t e r maar l i e f s t t w e e p a a r opnamen v/aren m e t een f a s e v e r s c h i l v a n n/ 2 e n t w e e p a a r opnamen m e t e e n f a s e v e r -s c h i l v a n - n ( v / a t p r e t t i g i -s b i j c o n t r o l e v a n de m e t i n g ) .

C o n c l u s i e ; d o o r h e t e l e c t r o n i s c h b e d i e n e n o f r e g i s t r e r e n v a n

de momenten v a n b e l i c h t e n i s h e t m o g e l i j k p e r i o d i e k e b e w e g i n g e n m e t moment opnamen v a s t t e leggen»