Волны от падающей капли

[Парджеттер]

У меня тут товарищи эксперименты проводят, фотографируют волны, которые расходятся при падении капли в большой и спокойный сосуд с водой. Получаются они достаточно причудливой формы. Вот, например, одна из поздних стадий (тут, может быть, не очень хорошо видно, но есть довольно стойкое деление на сектора):

Интересно, в чем здесь физика?

[Gravist]

Парджеттер в сообщении #347802 писал(а):

Интересно, в чем здесь физика?

Колебания мембраны, отраженные волны... даже кумулятивность имеется

[Zai]

Несимметрия может быть вызвана:
- несимметрией капли;
- несимметричным состоянием жидкости в сосуде с водой( возможно от предыдущих ударов капель);
- неустойчивостью ударно-контактного взаимодействия двух жидкостей.
Что-то можно проверить бросанием стального шарика от подшипника того же диаметра, хотя они также не идеальны.

[druggist]

Возможно, если меньшить высоту с которой палает капля(уиеньшив кинетическую энергию капли), волновой фронт юудет более симметричным(круговым) В центре при падении капли движения жидкости не ламинарное, что приводит к несимметричному источнику волн и соответственно несимметричному волновому фронту

[photon]

мне вот это понравилось про каплю видео

[AlexNew]

ага, видео интерестное! посмотрел и передумал спрашивать почему народ ерундой занимается : )

-- Вс авг 29, 2010 10:27:57 --

тут оригинал с дикавери ченал http://www.youtube.com/watch?v=OTAtT-I2OhU с обьянением физики : )

А а вот здесь форма капель тоже получает причудливую форму http://www.youtube.com/watch?v=90VyvOhPmA0&feature=fvw

[BISHA]

Парджеттер в сообщении #347802 писал(а):

Интересно, в чем здесь физика?

Капля очень лёгкая, а поверхность жидкости не сразу прорывается. Капля деформируется, в ней возникают волны деформации, определяющие форму капли и границы прилипания, границы прорыва поверхности. То есть искажение формы капли при ударе её о поверхность жидкости определяет её волновой фронт и лепестки на поверхности.

AlexNew в сообщении #348072 писал(а):

ут оригинал с дикавери ченал http://www.youtube.com/watch?v=OTAtT-I2OhU с обьянением физики : )

С английским туго, но в начале опыта вода в сосуде колебалась, а затем на компьютере нет, деление капель..... Это розыгрыш?

[AlexNew]

BISHA писал(а):

но в начале опыта вода в сосуде колебалась, а затем на компьютере нет, деление капель..... Это розыгрыш

про компьютер замечание не понял, а вот деление капли легко можно обьяснить. Меня тоже этот момент очень понравился, кажется подумаешь с водой балуются, а нет, физика интерестная там.

Значит в том видео физика такая (по словам приглашенного математика):
при падении небольшой капельки на воду она какое то время лежит на поверхности, так как она отделяется тонкой воздушной прослойкой, которая со временем исчезает, тогда силы поверхностного натяжения делают свое дело, всасывают каплю, при это энергия котороя высвобождается (энергия поверхностного натяжения ???? ) достаточна велика чтобы запустить волну, которая (тут мне не понятно) сходится и эпицентре выбрасывается капля поменьше, затем процесс повторяется, может продолжатся несколько с выбрасыванием все меньших капелек.
Фактически капля похожа на скачущий мячик который после каждого удара исчезает и появляется вновь но в меньших размерах. Удивительное видео.

что мне не понятно:

предположим мы можем сообщить некоторую энергию жидкости в маленькой точке на ее поверхности (не важно как, хоть лазером нагреть), в результате происходит выброс капельки в этом месте.
Можно предположить что происходит что-то на подобии ударной волны, начинает убегать волны из того места, а потом возращаясь обратно идеально сходятся в одну точку это и создает удар выбрасывающий каплю вертикально в верх.

Интерестно услышать коментарии к такому описанию. Как всетаки происходит выбрас капельки вертикально в верх.

-- Пн авг 30, 2010 23:24:57 --

Парджеттер писал(а):

. Вот, например, одна из поздних стадий (тут, может быть, не очень хорошо видно, но есть довольно стойкое деление на сектора):

просто наблюдаются некоторые моды с небольшим угловым числом. Результат граничных условий, если изменить форму/размер рюмки, то картина должна быть другой.

[Gravist]

AlexNew в сообщении #348540 писал(а):

Интерестно услышать коментарии к такому описанию. Как всетаки происходит выбрас капельки вертикально в верх.

Представьте упругую мембрану, оттянутую вверх в какой-то средней точке её поверхности. Если прекратить натяжение (отпустить), мембрана в окрестности этой точки будет совершать быстро затухающие колебания около нулевого уровня жидкости.
Плёнка поверхностного натяжения, образовавшаяся от слияния поверхности падающей капли с поверхностью жидкости, ускоряет поглощение объёма жидкости из капли в большой объём сосуда, как бы "дострелливая из рогатки". Градиент скорости поглощения - вниз и вбок. Плёнка прогнётся вниз за каплей.
По мере распространения вниз давление выравнивается с окружающим, но под давлением общей массы жидкости образовавшийся перевёрнутый конус повышенного давления начинает схлапываться. В вершинке конуса градиент давления направляется вверх (мембрана плёнки пошла вверх), с боков давит "материнская" масса жидкости, в результате получаем кумуляцию некоторого объёма жидкости, меньшего первичной капли.
Этот объёмчик с высокой скоростью "пробивает" плёнку поверхностного натяжения, и взлетает над поверхностью.

[AlexNew]

Gravist, очень интересно!
Может быть есть другие красивые примеры где "на столе" можно понаблюдать за кумулятивными эффектами ???

[Gravist]

AlexNew в сообщении #348594 писал(а):

Может быть есть другие красивые примеры где "на столе" можно понаблюдать за кумулятивными эффектами ???

Не встречал, это моё понимание процесса. Но что-то было в примерах то-ли у М.А. Лаврентьева, то-ли у М. А. Садовского и К. Е. Губкина. Забыл

(Оффтоп)

Давно сидим... (из "Белого солнца пустыни")

[Issam]

Парджеттер в сообщении #347802 писал(а):

Интересно, в чем здесь физика?

Мне кажется, что эти лепестки -- отражение колебаний поверхности капли, пока она падала на воду. Наверняка при падении капли в процессе отрыве капли от ложа возбудилась мода колебаний, с соответствующим числом периодов на поверхности капли.

При ударе о поверхность эта структура задала асимметрию, которая, может быть, даже усилилась.

__________________________________________
Забавно, мне это почему-то напомнило спонтанное нарушение симметрии после БВ, создавшее те огромные неоднородности, которые мы сейчас наблюдаем во вселенной

Gravist в сообщении #348566 писал(а):

где "на столе" можно понаблюдать за кумулятивными эффектами ???

Можно понаблюдать кумулятивные эффекты (точнее, их последствия) на потолке -- на собственной кухне.
Нужно только правильно уронить на пол узкий стакан (лучше не стеклянный), примерно на 80% заполненный водой, слегка конической или цилиндрической формы.

В течение промежутка времени, пока стакан падает, вода успевает слегка взобраться вверх по стенкам благодаря тому же поверхностному натяжению, и в центре образуется небольшая воронка. При ударе о поверхность происходит кумуляция, и из центра стакана выстреливает вверх настоящая струя.

Если уронить стакан с высоты примерно метр, то струя может достичь высоты 3-4 м.

Мы такой фокус проделывали, когда я еще в школе учился. Обнаружили эффект случайно, когда стакан с компотом выскользнул из рук, и на потолке образовалось компотное пятно

Очень важно, чтобы стакан упал без перекоса и ударился о пол всем днищем одновременно, тогда получается хорошо.
Мы же выпускали стаканы просто из рук, так что нормально получалось где-то лишь в одном случае из пяти.
Баловались мы стеклянными стаканами, и одного стакана хватало едва ли на большее число попыток, чем те же пять.
Так что эксперименты довольно быстро закончились -- когда все стаканы были перебиты

[druggist]

Эту картинку с секторами, очевидно, можно промоделировать как сюперпозицию волн от нескольких(по числу секторов) близкорасположенных точечных источников. Если капля "мягко" входит в воду, тогда никаких завихрений в центре не образуется и "секторов" не будет

[Gravist]

Issam в сообщении #348634 писал(а):

Мне кажется, что эти лепестки -- отражение колебаний поверхности капли, пока она падала на воду. Наверняка при падении капли в процессе отрыве капли от ложа возбудилась мода колебаний, с соответствующим числом периодов на поверхности капли. При ударе о поверхность эта структура задала асимметрию, которая, может быть, даже усилилась.

Думаю, что в процессе слияния на колебания формы капли и скорость её входа, задающие частоту и амплитуду волнам в кратере, накладываются к тому же спонтанной формы рисунки разрыва плёнок пов.натяжения как самой капли, так и принимающей жидкости.

А после отрыва новой капли (форма несферична) при подъёме, неравномерность замыкания поверхностной плёнки вновь определяет её колебания. Новая капля летит, с затухающей периодичностью меняя форму около правильной сферы. Частота стартовых колебаний д.б. пропорциональна времени схлапывания плёнки, амплитуда колебаний - средней величине отклонений от радиуса сферы объёма капли (?).

"Замыкание" же плёнки на столбике отрыва повторяет процесс, описанный мной выше, что, при достаточной знергетике, может привести к образованию и отрыву новой (новых) капли.

[e7e5]

У меня в саду стоит 200 литровая бочка, так что иногда результаты падения капель дождя иногда видны. Они все разные. Зависит от капель, как далеко до стенки, натекла ли вода с крыши с пыльцой или еще каким-нибудь муором на поверхности. А еще бывают такие хитрости, что капля скользит по поверхности и волны от нее каждый раз разные.
Получается, что скорость распосранения волн по поверхности разная. Это вроде и поверхностная волна, и с капиллярными эффектами может быть связан.

Про рождение капель и куммулятивные эффекты в советское время была масса популярных книжек. Про физику там также рассказывалось, простейшие модели приводились...