Φυσική του νεροχύτη – ιδιαίτεροι κυματισμοί

Γιάννη και  Στάθη ευχαριστώ για την προσοχή σας. Γιάννη πρόκειται για διαφορετικό φαινόμενο.

Το πρώτο φαινόμενο είναι αρκετά ιδιαίτερο. Ας το χωρίσουμε σε στάδια:

1. Καθώς το νερό συναντάει το εμπόδιο προκαλείται μια διαταραχή. Οι λεπτομέρειές της δεν μας είναι γνωστές. Δημιουργούνται κύματα επιφανειακής τάσης με ποικίλα μήκη κύματος. Αυτά διαδίδονται στην υδάτινη στήλη – που ρέει προς τα κάτω – όπως μια διαταραχή θα διαδιδόταν σε μια τεντωμένη μεμβράνη.

2. Κάθε μήκος κύματος έχει την δικιά του ταχύτητα. Ειδικά για τα κύματα που οφείλονται στην επιφανειακή τάση η ταχύτητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τετραγωνική ρίζα του μήκους κύματος, δηλ τα "μικρά" κύματα διαδίδονται ταχύτερα. (Αντίθετα στα υδάτινα βαρυτικά κύματα η ταχύτητα είναι ανάλογη με την τετραγωνική ρίζα του μήκους κύματος, δηλ τα "μεγάλα" κύματα διαδίδονται ταχύτερα)

3. Στην υδάτινη στήλη σκαρφαλώνουν πολλά κύματα (με διαφορετικό μήκος) και περιμένουμε να αλληλοαναιρούνται.

4. Ειδικά υπάρχει ένα μήκος κύματος που διαδίδεται με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα ροής. Αυτό είναι που παρατηρούμε ως ακίνητο. Δεν είναι στάσιμο κύμα αλλά το κύμα που ανεβαίνει προς τα πάνω και ισοφαρίζει την προς τα κάτω ταχύτητα ροής. Πρόκειται δηλ. για μια ιδιαίτερη συμβολή με κινούμενη πηγή και κύματα που παρουσιάζουν διασπορά. (Μπορούμε να πεισθούμε με μια χοντρική αριθμητική προσέγγιση.)

Το δεύτερο φαινόμενο είναι ακόμα πιο ενδιαφέρον και αναπάντεχο (και με είχε συνεπάρει πριν χρόνια). Αν στην προηγούμενη κατάσταση τοποθετήσουμε με ιδιαίτερη προσοχή (με την άκρη μιας οδοντογλυφίδας) ποσότητα απορρυπαντικού στην οριζόντια επιφάνεια του νερού, θα παρατηρήσουμε ότι οι κυμάνσεις εξαφανίζονται και επανέρχονται μετά από κάποια δευτερόλεπτα. Αν είμαστε τυχεροί (αυτό εξαρτάται και από το εμβαδόν της οριζόντιας επιφάνειας) οι σταθερές κυμάνσεις αποτραβιούνται στο επάνω μέρος – φωτογραφία – και βαθμιαία, σε λίγα δευτερόλεπτα, επανερχόμαστε την πρότερη κατάσταση. Αυτό συμβαίνει διότι ένα λεπτό στρώμα απορρυπαντικού, ως λεπτός υμένας, απλώνεται με μεγάλη ταχύτητα όχι μόνο στην οριζόντια υδάτινη επιφάνεια αλλά σκαρφαλώνει στην υδάτινη στήλη, κόντρα στην ταχύτητα ροής. Ελαττώνεται έτσι η επιφανειακή τάση που είναι το αίτιο αυτών των ρυτιδώσεων.