¿Forma de corona en ondas de agua?

Al ver este video en cámara lenta de ondas causadas por una gota que cae sobre el agua, me desconcierta la forma de la primera ola.

Imagen tomada del video de youtube

La primera ola sube con simetría circular como esperaba, pero ni siquiera es en todas las direcciones, sino que tiene picos con cierta periodicidad angular, muy parecido a una corona. Cada uno de estos picos da lugar a pequeñas gotas.

Después de esto, las olas salientes se alejan simétricamente y con elevación constante en todos los ángulos.

¿Se ha estudiado y descrito ya este fenómeno (forma de la corona)? ¿Cómo explicar tal diferencia angular en amplitud, y por qué no está presente en las siguientes ondas?

"... se dice que la unidad es el misterio Misterio de los misterios, la puerta a todas las maravillas" buena pregunta.
Ni siquiera voy a intentar responder, pero pensamientos. La superficie del agua antes del evento... probablemente casi perfecta planitud, simetría radial. Pero la gota de agua que cae... probablemente no sea tan perfecta, simétrica y posiblemente afectada por la cizalladura del viento.
Sospecho que la tensión superficial, pero dado que la gente ha estado estudiando esto al menos desde que se inventó la primera luz estroboscópica EGG, existe un cuerpo de trabajo sobre la hidrodinámica en respuesta a una fuerza de impulso.
Viendo el video: las gotas lanzadas, por conservación del impulso, se agotan de la forma redonda de la corona. La regularidad debe provenir de una condición de contorno circular, similar a una onda circular con picos (corona) valles donde las gotas salen volando. Las ondas secundarias no tienen suficiente impulso vertical para romper las fuerzas cohesivas del agua.
De hecho, hay una especie de fenómeno de onda alrededor de la corona: después de que las pequeñas gotas la abandonan, los picos parecen oscilar a lo largo del círculo, que supongo que se disipa dejando viva solo la parte radial en crecimiento.
Relacionado: physics.stackexchange.com/q/203753/2451 y enlaces allí.

Respuestas (3)

¿Se ha estudiado y descrito ya este fenómeno (forma de la corona)?

Wetzel (1987) describe y trata de modelar el proceso de salpicadura, incluida la corona. (Hay un enlace al PDF.)

Se puede encontrar una referencia a él en la p. 208 de Surface Waves and Fluxes, Volumen II — Remote Sensing, Editores: Geernaert, GL, Plant, WJ (Eds.) . ( Google podría mostrarle la vista previa).

Fenómenos de inestabilidad de formación de coronas en el problema de la salpicadura de gotas, Rouslan Krechetnikov, George M. Homsy, 2009 (advertencia: pdf) :

Con la ayuda de una serie de experimentos y nuevos conocimientos teóricos, pudimos obtener nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la inestabilidad responsable de la formación de la punta de la copa, así como sobre las peculiaridades de la evolución de la copa. En particular, descubrimos que hay tres tipos principales de coronas: simétricas, regulares e irregulares, y su selección se realiza en las primeras etapas de la formación del material eyectado. A través de estimaciones de las tasas de crecimiento y nuestras mediciones cinemáticas, se encuentra que el mecanismo de inestabilidad de Richtmyer-Meshkov juega un papel dominante en tiempos cortos. La dinámica de la copa también exhibe un comportamiento de bifurcación no trivial, que incluye fenómenos de frustración y copa irregular.

Información adicional de una revisión incompleta de publicaciones

Este fenómeno es muy conocido y todavía recibe atención, como se puede ver en la cantidad de publicaciones recientes (ver a continuación una lista incompleta).

Fue fotografiado y descrito por primera vez en 1908 por AM Worthington en su obra A study of splashes .

La dinámica y la física relevante son claras y comprobadas experimentalmente. Los elementos importantes han sido identificados y utilizados para clasificar las diferentes formas del fenómeno. Para una breve cobertura, consulte esta respuesta de PSE o este documento que también trata de identificar diferentes regímenes. Ese último artículo muestra que la "forma de corona" se forma en el estado inicial de la colisión y que es en este momento que se determinan sus características, y sugiere que el origen es la inestabilidad de Richtmyer-Meshkov .

Un artículo posterior muestra que el fenómeno tiene varios elementos de acuerdo con los valores calculados a partir de un modelo basado en la inestabilidad de Rayleigh-Plateau .

Finalmente, tras una persecución de artículos publicados recientemente, aunque incompleta e inexhaustiva, no he encontrado un consenso sobre el origen del fenómeno, ni un modelo teórico que lo explique. A continuación se muestran algunos de los artículos encontrados:

Origen de la eyección en el problema del impacto del agua
Krechetnikov, R. 2014 Physics of Fluids

Análisis numérico del impacto de las gotas en la película líquida
Shetabivash, H., Ommi, F., Heidarinejad, G. 2014 Physics of Fluids

Mezcla turbulenta impulsada por implosiones esféricas. Parte 1. Descripción del flujo y crecimiento de la capa de mezcla
Lombardini, M., Pullin, DI, Meiron, DI 2014 Journal of Fluid Mechanics

Estabilidad en dominios dependientes del tiempo
Knobloch, E., Krechetnikov, R. 2014 Journal of Nonlinear Science

Onda de salpicadura y ruptura de la corona después del impacto del disco en una superficie líquida
Peters, IR, Van Der Meer, D., Gordillo, JM 2013 Journal of Fluid Mechanics

Estas son muy buenas referencias para explicar el proceso de evolución de las ondas. Pero aparentemente asumen, como lo hice yo, que la "corona" es simétrica. Esto parece ser irrelevante para describir la evolución posterior. Pero todavía no puedo entender realmente la irregularidad inicial de la corona.
¡Enfriar! ¡Muy especifico! ¡Lo imprimí ahora mismo y lo leeré hoy!
Hmm, no pensé al escribir la pregunta que 'salpicadura de corona en el agua' fuera realmente una cosa, así que me salté la búsqueda en Google.
¿Se forman coronas solo para gotas de agua o se forman para cualquier objeto esférico del mismo tamaño que se deja caer en el agua? ¿Qué pasa si el objeto está girando?
@GlenTheUdderboat su respuesta me puso en la dirección correcta, así que la seleccionaré. Sin embargo, escribiré otro con un resumen de la información de los artículos, que creo que interesará a otros. Esperaré un poco para que otros puedan ver la pregunta.
del primer enlace al estudio de NAVAL RESEARCH LAB WASHINGTON: "La hidrodinámica detallada del proceso de salpicadura no se comprende bien. De hecho, la principal referencia para las salpicaduras similares a la lluvia sigue siendo el trabajo principalmente descriptivo de Worthington citado aboc" El propósito de ese documento es para estudiar la "Dispersión electromagnética de la salpicadura de una gota de lluvia en una superficie de agua que se examina ..." debido a los efectos del radar. Así que no entiendo por qué el documento está vinculado en absoluto. Por favor, lea el resumen en la primera página.

Parece ser un efecto de la interacción entre el líquido y el gas que lo rodea, aunque no se comprende el mecanismo. Puedes ver videos aquí de gotas cayendo en cámara lenta a presión atmosférica y baja presión. La corona desaparece completamente a baja presión. Los autores del estudio afirman

Se desconoce el mecanismo por el cual el gas afecta a las salpicaduras . Recientemente, utilizamos imágenes de interferencia de alta velocidad para medir el aire debajo de todas las regiones de una gota viscosa en expansión. Aunque se crea una burbuja de aire inicial con el impacto, no persiste una capa de aire significativa hasta el momento en que se crea una salpicadura. Esto sugiere que la salpicadura en nuestro rango de viscosidades experimentalmente accesible se inicia en el borde de la gota a medida que invade el gas circundante, no por el aire atrapado debajo de la gota en el momento del impacto.

No puedo ver los videos. ¿Algún códec recomendado? Yo uso cromo.
pero el video trata sobre una gota en una superficie sólida, diferentes condiciones de contorno.
firefox ok (película rápida)

Este fenómeno parece estar relacionado con la aurora hexagonal de Saturno (¿tormenta?) nytimes video , youtube

A medida que la esfera se acerca a la superficie, el aire se comprime y se produce una rápida salida radial, por lo que sin atmósfera el efecto no se presenta (como se ve en el video de la respuesta de Bardamu).

explicación en nytimes

En experimentos de laboratorio con fluidos giratorios, pudieron reproducir la forma de seis lados, asegurando que no está sucediendo nada sobrenatural en Saturno.

Los científicos en la Tierra han estado reflexionando sobre qué causa que el vórtice tome una forma tan poco natural.

En 2010, Ana Aguiar de la Universidad de Lisboa y sus colegas señalaron que la posición del hexágono en Saturno correspondía a la latitud de una corriente en chorro estrecha y muy rápida . Sugirieron que la fricción con la atmósfera de movimiento más lento a ambos lados de la corriente en chorro crearía remolinos, huracanes en miniatura, que empujarían la corriente en chorro hacia el norte y el sur a medida que giraba alrededor del planeta, dando como resultado una forma de onda.

Un estudio muy reciente "Origin and dynamics of vortex rings in drop splashing" (Nature Jul/2015) muestra en detalle la formación de los vórtices pero notando la corona.

Para mostrar la similitud del efecto de la corona y el hexágono de Saturno, tomé una instantáneas de la coronadel video vinculado en la pregunta, y éstey de el hexágono de saturno.

¿Forma de corona en ondas de agua?
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