Kapillarwellen sind Transversalwellen an einer Flüssigkeitsoberfläche, deren Eigenschaften inklusive der Ausbreitungsgeschwindigkeit hauptsächlich von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit abhängen. Dies ist bis zu einer Wellenlänge von etwa einem Zentimeter der Fall.[1]
Mit steigender Wellenlänge gehen Kapillarwellen in Schwerewellen über, bei denen der Einfluss der Schwerkraft überwiegt.
Physikalische Beschreibung
Am höchsten Punkt eines Wellenberges ($ y = h $) wirkt der Kapillardruck
- $ p = \frac{\sigma}{r} $
mit
- der Oberflächenspannung $ \sigma $ in N/m
- dem Krümmungsradius $ r \approx 1/y^{\prime\prime} $ der Oberfläche. Dabei gibt die Funktion $ y(x) $ die Form der Oberfläche an gemäß der Wellengleichung
- $ y(x) = h \cdot \sin(2\pi \cdot x/\lambda) $
- mit
- der vertikalen Koordinate $ y $
- der horizontalen Koordinate $ x $
- der Amplitude $ h. $
Kapillarwellen haben eine anomale Dispersion, d. h., ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit nimmt mit steigender Wellenlänge $ \lambda $ ab:
- $ c_\mathrm{kap} = \sqrt{\frac{2 \pi \cdot \sigma}{\rho \cdot \lambda}} $
mit
- der Flüssigkeitsdichte $ \rho $.
Siehe auch
- Kapillarwellenspektroskopie
- Wasserwelle
- Ultraschallvernebler
Einzelnachweise
- ↑ Joachim Grehn (Hrsg.): Metzler Physik. 2. Auflage. Schroedel Schulbuchverlag GmbH, Hannover 2005, ISBN 3-507-05209-1, S. 124.
Literatur
- Erich Truckenbrodt: Elementare Strömungsvorgänge dichteveränderlicher Fluide sowie Potential- und Grenzschichtströmungen. In: Fluidmechanik. 4. Auflage. Band 2. Springer, 2008, ISBN 3-540-79023-3.
- Dieter Meschede: Gerthsen Physik. 23. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg/New York 2006, ISBN 3-540-25421-8.
- Joachim Grehn (Hrsg.): Metzler Physik. 2. Auflage. Schroedel Schulbuchverlag GmbH, Hannover 2005, ISBN 3-507-05209-1.