Dwie ciecze

W pojemniku znajdują się dwa różnobarwne płyny. Nie mogą się one mieszać i znacznie różnią się gęstościami. Barwny płyn jest gęstszy niż przezroczysty. Nawet po stworzeniu "burzy" w pojemniku te dwie ciecze pozostają nie zmieszane. Tworzą się małe kulki, które po "burzy" z powrotem łączą się z właściwą cieczą.

Powolne falowanie niebieskiej cieczy jest spowodowane obecnością cieczy przezroczystej nad nią: zaburzenie dolnej cieczy wprawia w ruch i ciecz u góry. Powierzchnia cieczy przezroczystej, mającej nad sobą powietrze, faluje "normalnie" - dolna ciecz nie uczestniczy w tym falowaniu.

Falowanie na granicy dwóch cieczy wyjaśnia wiosenne kłopoty norweskich rybaków - według ludowych wierzeń, na wiosnę budzą się elfy, które utrudniają wiosłowanie, tak że łódka nie posuwa się do przodu w tempie, w jakim powinna. W rzeczywistości, wiosną na powierzchni morza tworzy się kilkunasto centymetrowa warstwa słodkiej wody z topniejących śniegów. Wiosłowanie w takiej warstwie (lekkiej) wody wprawia w falowanie cięższą, słoną wodę i łódka nie posuwa się do przodu jak powinna.

Fale na powierzchni cieczy, które powstają pod wpływem sił zewnętrznych wychylających powierzchnię cieczy z położenia równowagi, mają niejako dwojaki charakter:


1) Grawitacyjny, dla fal na wodzie wywołanych grawitacją prędkość rozchodzenia się fali o długości λ można wyrazić wzorem:

, (1)

gdzie g jest przyspieszeniem ziemskim.

2) Kapilarny, gdzie istotną rolę odgrywają siły napięcia powierzchniowego s. Dla takich fal, ich prędkość wyraża się wzorem:

, (2)

gdzie ρ jest gęstością cieczy.

Ogólnie prędkość rozchodzenia się fal kapilarno-grawitacyjnych wyraża się wzorem:

, (3)

Ale to nie wszystko, na granicy dwóch nie mieszających się cieczy o różnych gęstościach ρ1, ρ2 powstają także fale jak to było pokazane na filmie, a do opisu rozchodzenia się ich prędkości można zastosować wzór (3), ale z pewną modyfikacją uwzględniającą różnicę gęstości

, (4)

Powyższe rozważania przedstawiono na wykresie obok pokazującym zależność rozchodzenia się prędkości fal od ich długości dla fal grawitacyjnych (linia zielona), kapilarnych (linia niebieska), kapilarno-grawitacyjnych (linia czerwona) oraz na granicy dwóch cieczy olej-woda (linia żółta). Z wykresu wydać, że w zakresie fal krótkich główną rolę odgrywają fale kapilarne, dla długich fal - grawitacyjne. Fale w zakresie długości fal od 0.1 do 10 cm mają charakter mieszany. Lagodny przebieg i mająca mniejsze wartości krzywa dla cieczy olej-woda wyjaśnia dlaczego wylanie oliwy na wzburzoną powierzchnię morza uspokaja je.