Solitary water wave interactions
Notice bibliographique
Résumé
This article concerns the pairwise nonlinear interaction of solitary waves in the free surface of a body of water lying over a horizontal bottom. Unlike solitary waves in many completely integrable model systems, solitary waves for the full Euler equations do not collide elastically; after interactions, there is a nonzero residual wave that trails the post-collision solitary waves. In this report on new numerical and experimental studies of such solitary wave interactions, we verify that this is the case, both in head-on collisions (the counterpropagating case) and overtaking collisions (the copropagating case), quantifying the degree to which interactions are inelastic. In the situation in which two identical solitary waves undergo a head-on collision, we compare the asymptotic predictions of Su and Mirie [J. Fluid Mech. 98, 509 (1980)] and Byatt-Smith [J. Fluid Mech. 49, 625 (1971)], the wavetank experiments of Maxworthy [J. Fluid Mech. 76, 177 (1976)], and the numerical results of Cooker, Weidman, and Bale [J. Fluid Mech. 342, 141 (1997)] with independent numerical simulations, in which we quantify the phase change, the run-up, and the form of the residual wave and its Fourier signature in both small- and large-amplitude interactions. This updates the prior numerical observations of inelastic interactions in Fenton and Rienecker [J. Fluid Mech. 118, 411 (1982)]. In the case of two nonidentical solitary waves, our precision wavetank experiments are compared with numerical simulations, again observing the run-up, phase lag, and generation of a residual from the interaction. Considering overtaking solitary wave interactions, we compare our experimental observations, numerical simulations, and the asymptotic predictions of Zou and Su [Phys. Fluids 29, 2113 (1986)], and again we quantify the inelastic residual after collisions in the simulations. Geometrically, our numerical simulations of overtaking interactions fit into the three categories of Korteweg-deVries two-soliton solutions defined in Lax [Commun. Pure Appl. Math. 21, 467 (1968)], with, however, a modification in the parameter regime. In all cases we have considered, collisions are seen to be inelastic, although the degree to which interactions depart from elastic is very small. Finally, we give several theoretical results: (i) a relationship between the change in amplitude of solitary waves due to a pairwise collision and the energy carried away from the interaction by the residual component, and (ii) a rigorous estimate of the size of the residual component of pairwise solitary wave collisions. This estimate is consistent with the analytic results of Schneider and Wayne [Commun. Pure Appl. Math. 53, 1475 (2000)], Wright [SIAM J. Math. Anal. 37, 1161 (2005)], and Bona, Colin, and Lannes [Arch. Rat. Mech. Anal. 178, 373 (2005)]. However, in light of our numerical data, both (i) and (ii) indicate a need to reevaluate the asymptotic results in Su and Mirie [J. Fluid Mech. 98, 509 (1980)] and Zou and Su [Phys. Fluids 29, 2113 (1986)].
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».