Я несколько раз замечал во время мытья рук, что скопившаяся вода, когда начинает течь вертикально, не течет вертикально по прямой линии на вертикальной фарфоровой поверхности под действием силы тяжести. Он скорее течет странным зигзагообразным путем, и поток быстро и беспорядочно меняет свое направление слева направо и наоборот. Интуитивно кажется, что прямая вертикальная траектория потока является наиболее экономичной с физической точки зрения.
Является ли это хорошо изученным явлением? Каково физическое объяснение? Существует ли математическая модель, которая может предсказать любой аспект этого типа текущего потока?
Это явление известно как извилистая нестабильность ручейков и связано с взаимодействием поверхностного натяжения, микроскопических примесей/грязных пятен и инерции.
Это хорошо понято и прекрасно описано в статьях PRL 2006 и 2011 годов Daerr et al.
Кратко резюмируя основной посыл: при низких скоростях вода будет течь прямо вниз. Выше определенного порогового значения скорости поток становится неустойчивым, и возмущения, вызванные микроскопическими примесями, образуют небольшие изгибы, которые могут поддерживаться на основе баланса поверхностного натяжения и инерции. В своих статьях они представляют математическую модель, основанную на этом балансе, которую можно использовать для прогнозирования пороговой скорости и радиуса кривизны меандров.
Сенсебе
Кайл Канос
Майк Данлави