flujo de agua en un fregadero

Cuando uno abre el grifo de la cocina, se observa un círculo en el agua que fluye en el fregadero. El círculo es el límite entre el flujo laminar y turbulento del agua (¿tal vez esta es una terminología incorrecta?). En el interior la altura del agua es menor que en el exterior. Seguro que lo has visto muchas veces, si no, puedes probarlo tú mismo.

Descubrí mediante experimentos que el efecto probablemente sea independiente de la curvatura del lavabo, ya que funciona tanto en lavabos de baño con curvas pronunciadas como en lavabos planos de cocina.

¿Por qué hay un círculo, por qué no un cambio gradual y qué está pasando cualitativa y/o cuantitativamente en este sistema?

Como todavía no he encontrado una respuesta satisfactoria a este problema, cada vez que abro un grifo, recuerdo mi propia ignorancia. Es realmente molesto.

Resulta que el salto hidráulico es mucho más intrigante de lo que cabría esperar. ¡Te permite construir un modelo analógico de un agujero blanco en un fregadero de cocina - arxiv.org/abs/physics/0508215 !
@ user2843: una respuesta que solo contiene un enlace no es de mucha ayuda para la comunidad aquí y, además, es mejor señalar una pregunta similar como un comentario. Convertí este para ti.

Respuestas (1)

Estás observando un salto hidráulico .

El artículo de Wikipedia es muy bueno, así que no intentaré superarlo.

En resumen, cuando el agua comienza a salir del lugar donde golpea el fregadero, el mismo flujo se distribuye en una circunferencia cada vez más grande a medida que se aleja. Esto significa que el flujo se vuelve menos profundo y se mueve más lentamente a medida que se aleja.

Si una onda se propaga en este flujo, su velocidad de onda depende de la altura del agua. Su velocidad relativa al flujo también depende de la velocidad del flujo. Entonces, la propagación de la onda cambia a medida que nos alejamos a medida que cambia el flujo debajo de la onda.

La ola misma cambia la altura del agua: el agua es profunda en el pico de la ola y poco profunda en un valle. Diferentes partes de la onda se mueven a diferentes velocidades. Esto es claramente un fenómeno no lineal. Al igual que las olas que rompen en la playa, eventualmente la ola que se propaga choca contra sí misma. Esto provoca un "salto hidráulico". Los principales efectos son

  1. La velocidad del flujo disminuye.
  2. La altura del agua aumenta, convirtiendo parte de la energía cinética en potencial.
  3. Parte de la energía se pierde en calor a través de la turbulencia.

La física del agua en su fregadero no es muy sencilla: dado que el flujo es tan poco profundo, la tensión superficial tiene una importancia considerable. Puede obtener más detalles en el artículo de Wikipedia vinculado anteriormente.

Gracias por tu respuesta y el enlace. Hay un par de puntos que todavía no me quedan claros. Todavía no veo la razón física por la cual la transición es tan abrupta. ¿O es esta la parte no muy fácil? Además, ¿por qué estás escribiendo sobre una onda en movimiento en tu respuesta? ¿No está la ola parada?
Hay una transición abrupta porque hay una cierta profundidad del agua donde la ola empieza a romper. El salto hidráulico está parado, pero en sí mismo no es una ola. Hay ondas que viajan radialmente hacia afuera desde el lugar donde el agua golpea el fregadero. Todas esas olas rompen en el mismo punto.
¿Por qué estas ondas (supongo que difieren en longitud de onda y amplitud) rompen todas en el mismo punto? ¿Y por qué debería haber olas si el agua fluye en el lavabo a un ritmo constante?
En términos generales, el flujo de agua no es suave, pero la falta de suavidad es aproximadamente constante. Realmente solo tendrá que leer el artículo y los enlaces para obtener más detalles, lo siento.
Bueno, déjame ser un poco más honesto. No sé la respuesta a sus preguntas, pero son buenas preguntas. Mi respuesta aquí es solo un resumen de lo que obtuve del artículo de Wikipedia. Me gustaría ser más útil, pero esencialmente has llegado al final de mi conocimiento. Mi conjetura es que encontrará que la profundidad base del agua en la que las olas chocan solo varía un poco con la amplitud y la longitud de onda de las ondas que se propagan, y que las ondas viajeras se crean debido al "ruido blanco" del agua que golpea el fregadero. y salpicar por todos lados se puede representar en el espacio de frecuencias...
...con un perfil de frecuencia que no cambia mucho en el tiempo. Pero como dije, para ser más honesto, estoy fuera de mi alcance al responder sobre los detalles del proceso.
Con respecto a la ubicación del salto, creo que es bastante relevante que durante un salto el número de Froude pasa de supercrítico (>1) a subcrítico (<1). El número de Froude es un poco análogo al número de Mach, con implicaciones similares para la propagación de ondas: en flujo supercrítico, las ondas no pueden propagarse aguas arriba (es decir, hacia el centro), en flujo subcrítico, sí pueden. Entonces, las ondas que viajan hacia adentro tienen que terminar todas en el salto. Esto nuevamente juega con la analogía del "agujero blanco" que ya se mencionó en otro lugar aquí.
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