ПОВЕРХНОСТНЫЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫЕ ВОЛНЫ

Библиография работ, посвященных поверхностным волнам в жидких средах, взаимодействующих с электрическим полем, весьма обширна. В связи с этим здесь не представляется возможным привести сколько-нибудь подробный обзор этих работ. Впервые задача о распространении гравитационных электрокапиллярных волн на поверхности жидкого проводника (в линейном по амплитуде приближении) была решена, по-видимому, Я.И. Френкелем [3]. Авторы последующих работ по этой теме ограничивались линейным приближением. Лишь сравнительно недавно появились публикации, в которых при помощи методов возмущений [6] учитываются более высокие приближения. Так, например, в [2] в задаче об электрокапиллярных волнах на поверхности идеальной жидкости учитываются первые два приближения по амплитуде волны. Однако рассматриваемый нами анализ задачи с точностью до первых трех приближений позволяет более точно описать явление и объяснить новые эффекты.
Рассматривается распространение бегущих волн по заряженной поверхности бесконечно глубокого слоя жидкого проводника в поле тяжести. Несжимаемая и однородная жидкость граничит со средой пренебрежимо малой плотности (газ, вакуум).
Систему уравнений движения запишем в виде [3,4]
; (1)
, ( ),
, ,
где - плотность, - скорость,p* - давление, - ускорение свободного падения, - напряженность электрического поля, φ*- электрический потенциал, ε - диэлектрическая проницаемость. Звездочкой здесь и далее обозначены (в необходимых случаях) размерные величины, чтобы отличать их от безразмерных, обозначенных теми же буквами без звездочек. Отметим, что электрическое поле имеется лишь вне жидкого проводника.
Невозмущенная поверхность жидкости совпадает с плоскостью z*=0, жидкость находится в области , ось z* направлена против , ось x*- по направлению распространения волны.
Граничные условия на поверхности жидкости
,
, (2)
,
где u - нормальная скорость поверхности, - нормаль к поверхности, внешняя к области, занятой жидкостью, К - средняя кривизна поверхности, - поверхностная плотность заряда, - давление в атмосфере, γ- коэффициент поверхностного натяжения.
Возмущения величин затухают на бесконечности по обе стороны от поверхности жидкости.
Уравнение поверхности жидкости запишем в виде . На поверхности: , в атмосфере , где - возмущение, - невозмущенное поле. Аналогично: , .
Для установившихся бегущих волн предполагаем, что возмущения зависят от , где с - фазовая скорость. В качестве малого параметра примем , где - максимальная амплитуда поверхности, λ- длина волны, предполагаемая заданной величиной.
Введем безразмерные величины
, ,
, , ,(3)
, , .
Уравнения (1) принимают вид
, ,
, .
Граничные условия (2) должны быть записаны в безразмерных обозначениях. Необходимо добавить также условия периодичности и симметрии волны относительно вертикали, проходящей через вершину волны, а также условие расположения оси x* на плоской поверхности жидкости.
В результате получим нелинейную краевую задачу для нахождения величин (3): , p, φ, Ē, σ, ξ, с. Для решения этой задачи применим метод малого параметра, использованный в [1] для исследования гидродинамических волн. Основная идея этого метода заключается в том, что многие дифференциальные уравнения, соответствующие конкретным физическим задачам, допускают введение безразмерного малого параметра δ, имеющего различный смысл в разных физических задачах, так что решение при может быть найдено легко. Тогда решение при ищется в виде ряда (не обязательно сходящегося) по степеням δ, такого, что нулевой члeн этого ряда соответствует решению краевой задачи при .
Затем находим выражения для , , , , , p*, , фазовой скорости с.
Форма поверхности определяется соотношением
(4)
где A1, A2, A3 - некоторые коэффициенты, зависящие от двух безразмерных параметров взаимодействия, хаpaктеризующих относительную величину капиллярных и электрических сил по сравнению с гравитационными:
, (5)
Выражение для горизонтальной составляющей скорости кроме периодических по времени слагаемых имеет еще постоянную составляющую
, ,
где L - глубина частицы жидкости, c0 - фазовая скорость в линейном приближении (δ=0 ). Величина известна как переносная скорость Стокса.
Наибольшего значения скорость достигает на поверхности жидкости (L=0 ) . Если L→∞, то . Наличие поверхностного натяжения приводит к увеличению переносной скорости. Переносная скорость приводит к разомкнутости траекторий частиц жидкости, которые наряду с колебательным движением обладают также равномерным движением в направлении распространения волны. С учетом выражения линейной фазовой скорости запишем
,
, .
Отсюда следует, что при определенных значениях параметров и величина обращается в нуль. При поверхностная волна переходит в гравитационную [1].
Для каждого значения существует такая длина волны λ, для которой = 0. И наоборот, для каждого значения λ существует такое значение , при котором для этой волны = 0.
При Kc>>1 (короткие волны), выражение примет вид: . Вводя периоды колебаний волны и частицы , можно записать: Аналогично для частот: . Видно, что период колебаний частицы превышает период волны.
Выражение для высоты волны (расстояние по вертикали от уровня впадины при до уровня вершины при x=0) имеет вид
(6)
При выражение (6) совпадает с полученным в [1], при этом A2+A3= 0,5. В случае капиллярных волн (Kc >>1) можно пренебречь гравитационной и электрической силами, тогда
.
Следовательно, при увеличении поверхностного напряжения γ, амплитуда волны уменьшается. При величина A2+A3 ≈ -2,2.
Если , а , то
.
Выражение для фазовой скорости (при ) имеет смысл только при . При увеличении величина A2+A3 возрастает, начиная от A2+A3 = 0,5 при Ke=0. Следовательно, высота волны возрастает при увеличении напряженности , что хорошо согласуется с известными экспериментами [5]. При достаточно большом значении параметров величина A2+A3 становится отрицательной, что указывает на уменьшение высоты волны по сравнению со случаем Kc=Ke=0. Если Kc>Ke, то при амплитуда волны будет уменьшаться, при этом A2+A3 ≥ 6,5.
Выражения для амплитуды вершины
и впадины
находятся на основании (4). Очевидно, что . Разность между этими амплитудами равна
(7)
Из (7) следует, что не зависит от электрического поля. При разность положительна, т.е. амплитуда вершины больше, чем впадины; при этом вершина уже (т.е. заострена), а впадина шире. При рассматриваемая теория неприменима. Если , то амплитуда у вершины меньше, чем у впадины.
Рассмотрим влияние электрического поля на фазовую скорость волны
(8)
где - параметр, зависящий от Kc и Ke. Из (8) следует, что с зависит от квадрата амплитуды волны. При выражение с принимает вид [1]: . При , выражение имеет вид
.
Отсюда при Kc=0 следует . Если , то .
Для Kc=0, Ke≠0 ( Ke<1) имеем:
.
Отсюда видно, что при увеличении Ke величина возрастает по модулю, оставаясь отрицательной. При Ke= 0 имеем = -0,5.
Из (8) следует, что при возрастании величина с при фиксированном k уменьшается и обращается в нуль при . При заданных γ и величина c0 достигает минимума при :
.
При величина обращается в нуль. Значению соответствует величина поверхностной плотности заряда
При поверхность становится неустойчивой - происходит ее разрушение. Различие между плотностью поверхностного заряда на вершине (x=0 ) и впадине ( ) равно
, ,
где параметр В зависит только от Kc. Видно, что разность не зависит от электрического поля. Для Kc=0 имеем
т.е. плотность заряда на вершине больше, чем во впадине. Это приводит к тому, что электрическая сила на вершине волны больше, чем во впадине; т.е. электрические силы создают неустойчивость поверхности, стремясь вытянуть вверх острия на вершинах волн. Поскольку , разность будет положительной при всех реальных значениях параметров в выражении Kc.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Алешков Ю.З. Теория волн на поверхности тяжелой жидкости. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. - 196 с.
- Белоножко Д.Ф., Климов А.В., Григорьев А.И. // Сб. докладов VII Международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей». - СПб: Из-во СпбГУ, 2003. - 316 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. - М.: Наука, 1982. - 624 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. - М.: Наука, 1986. - 736 с.
- Мелчер Дж. Р. // Магнитная гидродинамика. 1974. №2. С.3.
- Найфэ А.Х. Методы возмущений. - М.: Мир, 1976. - 456 с.
Статья в формате PDF
123 KB...
22 07 2026 20:18:40
Статья в формате PDF
128 KB...
21 07 2026 17:26:53
20 07 2026 20:32:56
Статья в формате PDF
111 KB...
19 07 2026 6:34:12
Статья в формате PDF
131 KB...
16 07 2026 22:44:40
Статья в формате PDF
251 KB...
15 07 2026 13:45:14
Статья в формате PDF
107 KB...
14 07 2026 17:24:14
Статья в формате PDF
121 KB...
13 07 2026 21:43:23
В обзоре изложены современные представления об этиологии и патогенезе гестоза. Показано значение как генетически детерминированного, так и обусловленного развитием воспалительного процесса гeнитaлий повышения проницаемости маточно-плацентарного барьера для антигенов плода. Рассмотрена роль иммунокомплексной патологии как пускового механизма в развитии гестоза, значение нарушения продукции плацентой белков беременности и цитокинов с иммуносупрессивным действием при осложненном течении беременности.
...
11 07 2026 1:19:26
Статья в формате PDF
109 KB...
10 07 2026 1:15:22
Статья в формате PDF
148 KB...
09 07 2026 12:46:13
Статья в формате PDF
275 KB...
08 07 2026 3:54:49
07 07 2026 6:55:58
Статья в формате PDF
111 KB...
06 07 2026 4:38:15
Статья в формате PDF
111 KB...
05 07 2026 13:49:32
Статья в формате PDF
115 KB...
04 07 2026 12:45:35
Исследовались биохимические показатели гормонально-медиаторного обмена, содержания гликогена и перекисного окисления липидов в печени у крыс, находящихся в течение часа в «Открытом поле». Показано, что первые биохимические изменения анализируемых показателей наблюдаются уже через 3 минуты пребывания животного в экспериментальной камере. Экспериментальное воздействие изменяло активность гистамин-, серотонин- и норадренэргических систем головного мозга, активировало ГГНС и САС, приводило к развитию стрессовой реакции. Пребывание животных в «Открытом поле» снижало уровень гликогена и активизировало процессы ПОЛ в печени.
...
03 07 2026 16:27:35
02 07 2026 10:16:11
Снижение массы тела с помощью диеты и физических нагрузок способно уменьшить проявления, а в ряде случаев, полностью восстановить обменные нарушения при метаболическом синдроме (МС).
Диета у больных с МС должна иметь низкую энергетическую ценность. Ограничивается употрeбление холестерина (ХС), поваренной соли и рафинированных углеводов. Рекомендуются продукты богатые антиоксидантами, минералами, растительной клечаткой. Пациент ориентируется на повышенное употрeбление фруктов, овощей, кисломолочных продуктов, морской рыбы и морепродуктов.
Наилучшие результаты у больных МС достигаются при сочетании рациональной диеты с индивидуально подобранными динамическими нагрузками. Через некоторое время снижается артериальное давление, уменьшается уровень ХС, триглицеридов и глюкозы, минимизируя риск сосудистых осложнений.
Позитивное влияние диеты и физических тренировок сохраняется, пока больной не прекращает занятий. Все пациенты с МС должны быть настроены на пожизненное использование упражнений на фоне рационального питания.
...
01 07 2026 2:54:41
Статья в формате PDF
122 KB...
30 06 2026 19:18:15
Статья в формате PDF
101 KB...
29 06 2026 2:38:19
Статья в формате PDF
245 KB...
28 06 2026 21:19:51
Статья в формате PDF
120 KB...
26 06 2026 18:14:55
Статья в формате PDF
167 KB...
24 06 2026 0:35:56
Статья в формате PDF
270 KB...
23 06 2026 17:27:49
Статья в формате PDF
851 KB...
22 06 2026 6:46:20
Статья в формате PDF
119 KB...
21 06 2026 18:23:12
20 06 2026 13:37:50
Важнейшим фактором поддержания селенового статуса организма является феномен эндогенного регулирования, который проявляется как в здоровом организме, так и при различных заболеваниях. Клинические исследования гинекологических больных с гнойно-воспалительными заболеваниями позволили установить, что снижение иммунной защиты организма часто сопровождается снижением уровня селена в сыворотке крови. Обследовано 46 больных (18-37 лет). Бактериологическое типирование подтвердило присутствие: Chlamidia trachomonatis; Ureaplasma urealiticum; St. epidermidis; грам (-) флоры; грам (+) флоры; смешанной флоры; E. Colli; дрожжевых клеток; трихомонад. Интервал концентрации селена в сыворотке крови составил 32,0-89,5мкг/л. Средний показатель 64,8 ± 6,3 мкг/л (при норме 115-120 мкг/л). Показатель уровня селена в сыворотке крови доноров г.Пензы составил 81,0 ± 11,7 мкг/л. Была проведена оценка влияния селенодефицита на течение и прогноз эндотоксикоза. Таким образом, авторегулирование антиоксидантного гомеостаза в организме можно рассматривать как функцию иммунитета, а воздействие фармакологических препаратов как один из методов регулирования селенового статуса населения. ...
19 06 2026 7:36:20
Статья в формате PDF
261 KB...
18 06 2026 1:10:35
Статья в формате PDF
120 KB...
16 06 2026 14:57:45
Статья в формате PDF
104 KB...
15 06 2026 15:45:20
Статья в формате PDF
288 KB...
14 06 2026 21:16:49
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::