Kapillärvågor

Kapillärvågor är små vågor på vätskans yta där ytspänningen fungerar som den dominerande återställande kraften. De förekommer ofta på vattenytor i närvaro av småstörningar som vind, droppar eller föremål som flyttas genom vätskan och är vanligtvis observerbara vid våglängderna från millimeter upp till centimeter.

Fysik och dispersion: På ytan uppträder vågornas frekvenser enligt en dispersionsrelation som beror på ytspänningen σ, vätskans densitet ρ och vågtal k. Generellt gäller ω^2 = (σ/ρ) k^3 tanh(kh) där h är vattendjupet; för djup vatten kan man förenkla till ω^2 ≈ (σ/ρ) k^3. Då är fasvåghastigheten v_p = ω/k ≈ sqrt((σ/ρ) k) och grupphastigheten v_g = dω/dk = (3/2) sqrt((σ/ρ) k). Ytstrukturen påverkas av viskositeten vilket ger dämpning, särskilt för kortare vågor.

Våglängdskännetecken och dominerande krafter: Kapillärvågor dominerar vid små våglängder, oftast millimeter till centimeter. Gravitationen är då mindre viktig än ytspänningen; för längre vågor dominerar gravitationen.

Utbredning och användning: Kapillärvågor uppträder naturligt när vinden försätter vattnet i små krusningar och uppstår också vid droppar eller föremål som släpps på ytan. De används i studier av ytspänning, vågutbredning och ytdynamik samt i mikrofluidik där små vågor kan påverka flöden.