Zickzack-Wasserfluss entlang eines vertikalen Glasfensters

Das ist eine Vermutung:

Wenn das Glas als Quadrat dargestellt wird, wobei y die Vertikale und x die Horizontale ist, handelt es sich um einen Random-Walk-Prozess in der x-Richtung und die Schwerkraft in der y-Richtung.

Die Zufälligkeit entsteht durch Staub und andere Anhaftungen, selbst im saubersten Glas. Die Schwerkraft würde einen einzelnen Tropfen direkt nach unten ziehen, aber auf dem Weg trifft der Tropfen zufällig auf eine Diskontinuität, die die Oberflächenspannung an diesem Punkt bricht und eine Richtungsänderung bewirkt.

Wenn es wie bei Regen viele Tropfen gibt, würde ich erwarten, dass sie einem Kanal von Diskontinuitäten folgen, und die Zufälligkeit wird von der vertikalen Gravitationskraft überwältigt, die auf den von Ihnen beschriebenen Kanal beschränkt ist. In jedem Kanal können sich größere zufällige Diskontinuitäten aufbauen, die zu dem von Ihnen beschriebenen Effekt führen würden.

Hier sind einige Artikel, die sich mit dem Problem der Bewegung eines Tropfens auf einer Oberfläche befassen. Es scheint zwei Arten von Bewegung zu geben, je nachdem, ob die Flüssigkeit die Oberfläche benetzt oder nicht. Rutschen und Rollen. Aber auch Kontaktlinienverformung und Tropfenbruch scheinen von Bedeutung zu sein. Das Thema ist zu weit gefasst, um es hier einfach zu erklären (vorausgesetzt, ich könnte).

http://fluids.snu.ac.kr/publication/sliding.pdf . http://www.pmmh.espci.fr/fr/gouttes/Publications_files/Rolling%20drops.pdf http://archives.njit.edu/vol01/etd/2000s/2008/njit-etd2008-076/njit-etd2008 -076.pdf (Seite 25) http://stilton.tnw.utwente.nl/people/snoeijer/Papers/2011/WinkelsEPJST11.pdf

Seltsames Verhalten: http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract;jsessionid=585FC36C71A59060B2028AD639A8D40A.journals?fromPage=online&aid=391658

Könnte es durch mikroskopische Fehler/Verunreinigungen im Glas selbst verursacht werden? Für das bloße Auge mag das Glas klar und fehlerlos erscheinen; Bei einer fließenden Flüssigkeit wie Glas könnte die Kombination aus Verunreinigung und (in Ihrem Szenario) möglicherweise einer plötzlichen Brise eine vorübergehende Abweichung des Pfades verursachen.

TL;DR Ein Tröpfchen schneidet den Strom und lenkt ihn vorübergehend ab.

Das Glas ist aufgrund von Oberflächenverunreinigungen wie Öl und Schmutz nicht gleichmäßig. Dadurch variiert die Bindungsenergie zwischen Wasser und Glas je nach Ort. Ein Tröpfchen, das mit einer Kante an einer Stelle mit hoher Bindungsenergie und der gegenüberliegenden Kante an einer Stelle mit niedriger Bindungsenergie auf dem Glas landet, bewegt sich von der niedrigen Energie weg in Richtung der höheren Energie.

Nehmen wir an, es gibt eine gleichmäßige Verteilung sehr kleiner Tröpfchen, die auf die vertikale Glasscheibe treffen. Zunächst werden sich alle Tröpfchen nur bewegen, um ihre Bindungsenergie zu maximieren, und das Herunterrutschen am Glas würde erfordern, dass mehr Bindungsenergie verloren geht, als sie durch die Schwerkraft gewinnen würden. Somit bleiben alle Tröpfchen am Fenster haften.

Während Tröpfchen weiter fallen, überlappt sich etwas Land mit Tröpfchen, die bereits dort waren. Diese Tröpfchen reformieren sich, um ihr neues Volumen und ihre neue Masse aufzunehmen. Sie könnten sogar ein wenig zu einer größeren Bindungsenergieleiste hinunterrutschen. Ihr neuer Bindungsenergieverlust/-gewinn durch Gleiten sollte proportional zum Durchmesser sein, da sich nur der Umfang des Tröpfchens ändert. Der Energiegewinn durch die Schwerkraft ist jedoch proportional zur Kubik des Durchmessers. Dies bedeutet, dass die Schwerkraft dominiert, wenn die Tröpfchen größer werden, und die Tröpfchen das Glas hinunterziehen.

Wenn Sie in die Nähe der Oberseite einer Glasscheibe schauen, wo kein Wasser herunterläuft, ist dies so ziemlich alles, was Sie sehen, Tröpfchen werden größer und größer, bis sie an der Scheibe herunterrutschen. Wenn es Regionen mit besonders hoher und niedriger Bindungsenergie gibt, werden Sie sogar sehen, dass die Tröpfchen dazu neigen, an denselben Stellen zu wachsen.

Bei langen Glasscheiben kollidieren diese gleitenden Tröpfchen jedoch mit anderen Tröpfchen und werden noch größer. Immer wenn diese gleitenden Tröpfchen auf ein leicht seitlich stehendes Tröpfchen treffen, werden sie zu diesem Tröpfchen hingezogen, wodurch ihre Bahn leicht umgelenkt wird. Zusätzlich ziehen die Oberflächenbindungsenergien das Tröpfchen immer noch, so dass es dazu neigt, einem Weg mit hoher Bindungsenergie zu folgen.

Schließlich wird das Tröpfchen so groß und bewegt sich so schnell, dass es anfängt, einen Schwanz zu wachsen, wo das Wasser immer noch am Glas haften will und die reduzierte Oberflächenspannung der großen Krümmung nicht ausreicht, um es abzureißen. Ein weiteres Tröpfchen, das zufällig auf den Schwanz trifft, wird sofort dorthin umgelenkt, da die bereits benetzte Oberfläche wie ein Bereich mit extrem hoher Bindungsenergie wirkt. Dieser Prozess ist es, der Tröpfchen zu Strömen ansammelt.

Diese Ströme neigen dazu, direkt nach unten zu fließen und leicht umgelenkt zu werden, um Regionen mit höherer Bindungsenergie zu nutzen. Die Ursache für das plötzliche Ausweichen eines Stroms ist ein vorübergehender Bereich hoher Bindungsenergie in Form eines Tropfens. Während alle Ströme durch das Glas fließen, sammeln sich in den Bereichen zwischen den Strömen immer noch wachsende Tröpfchen an. Wenn eines dieser Tröpfchen bis zu dem Punkt anwächst, an dem es in einen Strom mündet, wird der Strom umgeleitet.

Im Video sieht es so aus, als ob die Tröpfchen, die auf dem Fenster landen, nicht alle winzig klein sind, und daher wird dieser Vorgang durch zufällig erscheinende große Tröpfchen beschleunigt, aber die gleichen Effekte können (vielleicht deutlicher) beobachtet werden, wenn ein feiner Nebel auf ein Stück gesprüht wird aus Glas.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass dies ein Phänomen namens Hydrodynamische Instabilität ist . Dies ist ein allgegenwärtiges Phänomen bei strömungsmechanischen Prozessen. Ihr Fall könnte die Kelvin-Helmholtz-Instabilität sein , aber nageln Sie mich nicht darauf fest.