Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 3 гостя.

Гидравлический скачок в раковине.

328. Когда я пускаю воду из крана в раковину, вода расходится от места падения тонким слоем, но на некотором расстоянии толщина этого слоя скачкообразно увеличивается. Таким образом, вокруг падающей струи как бы образуется кольцо воды (рис.). Аналогичная картина наблюдается и при падении струи воды на плоскую пластинку, хотя толщина слоя в этом случае изменяется не так сильно. Что вызывает этот скачок толщины водного слоя и чем определяется расстояние, на котором происходит этот скачок? Какова высота водной «стенки», возникающей вокруг струи?

Ответ:
 Приливная волна в реках и скачок воды в раковине − это примеры гидравлического скачка, который объясняется возникновением в воде поверхностной волны, аналогичной ударной волне в атмосфере. Нормальные (синусоидальные) гравитационные волны могут распространяться против течения в потоке воды, если скорость этого потока меньше скорости волн. (В ответе к задаче 4.45 объясняется разница между капиллярными и гравитационными волнами.) Отношение скорости потока к скорости распространения волны называетсячислом Фруда. Если число Фруда меньше 1, то поток является «докритическим», если же оно превышает 1, то поток будет «сверхкритическим». Гидравлический скачок наблюдается там, где сверхкритический поток переходит в докритический.
 Высота слоя воды изменяется потому, что скорость распространения волны зависит от корня квадратного из глубины. Например, при гидравлическом скачке в кухонной раковине толщина водного слоя внутри кольца мала, скорость распространения волны невелика, и поток здесь является сверхкритическим. Вне кольца толщина слоя больше, соответственно больше и скорость волны, поэтому поток становится докритическим.
 В случае приливной волны приток воды к сужающемуся и поднимающемуся вверх каналу делает поток сверхкритическим для любой волны, возбуждаемой каким-либо препятствием на пути этого потока. В приливной волне происходит переход от сверхкритического потока к докритическому, поскольку увеличение глубины приводит к росту скорости распространения волн в воде.