Kapillærbølger

Kapillærbølger er små amplitude bølger som oppstår på grenseflaten mellom en væske og luft, der overflatespenningen er den dominerende restitutivkraften. For korte bølgelengder er tyngdekraften liten og kapillærkrefter setter skjebnen. Slike bølger ses ofte på vannflater og kan dannes av vind, drypp eller andre små forstyrrelser. De har typisk korte bølgelengder og lav amplitude.

Fysiske egenskaper og skalaer. Kapillærbølger eksisterer vanligvis i område fra brøkdeler av en millimeter opp til noen få centimeter. Vann har en kapillær lengde på omtrent 2,7 millimeter, og overgangen mellom kapillær og gravitasjonsdrevne bølger skjer ved en bølgelengde cirka 1,7 centimeter. Phasehastigheten for dypvann kapillærbølger følger omtrent v_p ≈ sqrt((σ/ρ) k), hvor σ er overflatespenningen, ρ er tettheten, og k er bølgetallet. Gruppehastigheten er omtrent v_g ≈ (3/2) v_p i det kapillære domene. I dypvann blir dispersionen gitt av ω^2 ≈ gk + (σ/ρ) k^3, mens for kapillærdominerte bølger er gtermene liten og σ-termene styrer.

Dispersion og dybdeeffekter. Den generelle dispersionrelationen for kapillær-gravitasjonsbølger er ω^2 = (gk + (σ/ρ) k^3) tanh(kh), der h er vannets dybde. I grunne vann reduseres tanh(kh), noe som endrer forholdet mellom frekvens og bølgelengde. Bølgene dempes raskt av væskeviskositet og har kort levetid sammenlignet med større gravitasjonsbølger.

Bruksområder og observasjon. Kapillærbølger brukes i studier av interfacial fysikk, overflatestruktur og væskers viskøs oppførsel. De kan observeres ved høyhastighetsfotografering eller under belyste forhold og gir innsikt i egenskaper som overflatespenning og væskens virkning ved små lengder.