केशिका तरंग: Difference between revisions

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[[File:2006-01-14 Surface waves.jpg|thumb|पानी में केशिका तरंगें (तरंगें)।]]
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[[File:Multy droplets impact.JPG|thumb|पानी और हवा के बीच इंटरफेस पर बूंदों के प्रभाव से उत्पन्न केशिका तरंगें।]]एक केशिका तरंग एक द्रव की [[चरण सीमा]] के साथ यात्रा करने वाली एक [[लहर]] है, जिसकी गतिशीलता (यांत्रिकी) और [[चरण वेग]] [[सतह तनाव]] के प्रभाव से प्रभावित होते हैं।
[[File:Multy droplets impact.JPG|thumb|पानी और हवा के बीच अंतरापृष्ठ पर बूंदों के प्रभाव से उत्पन्न केशिका तरंगें।]]एक केशिका तरंग एक द्रव की [[चरण सीमा]] के साथ यात्रा करने वाली एक [[लहर|तरंग]] है, जिसकी गतिशीलता (यांत्रिकी) और [[चरण वेग]] [[सतह तनाव]] के प्रभाव से प्रभावित होते हैं।


केशिका तरंगें [[प्रकृति]] में सामान्य हैं, और अक्सर उन्हें तरंग कहा जाता है। पानी पर केशिका तरंगों की [[तरंग दैर्ध्य]] आमतौर पर कुछ सेंटीमीटर से कम होती है, जिसकी [[चरण गति]] 0.2–0.3 मीटर / सेकंड से अधिक होती है।
केशिका तरंगें [[प्रकृति]] में सामान्य हैं, और प्रायः उन्हें तरंग कहा जाता है। पानी पर केशिका तरंगों की [[तरंग दैर्ध्य]] सामान्यतः कुछ सेंटीमीटर से कम होती है, जिसकी [[चरण गति]] 0.2–0.3 मीटर / सेकंड से अधिक होती है।


द्रव इंटरफ़ेस पर एक लंबी तरंग दैर्ध्य के परिणामस्वरूप गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगें होती हैं जो सतह तनाव और [[मानक गुरुत्वाकर्षण]] दोनों के साथ-साथ द्रव [[जड़ता]] से प्रभावित होती हैं। साधारण गुरुत्व तरंगों की तरंग दैर्ध्य अभी भी लंबी होती है।
द्रव अंतरापृष्ठ पर एक लंबी तरंग दैर्ध्य के परिणामस्वरूप गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगें होती हैं जो सतह तनाव और [[मानक गुरुत्वाकर्षण]] दोनों के साथ-साथ द्रव [[जड़ता]] से प्रभावित होती हैं। साधारण गुरुत्व तरंगों की तरंग दैर्ध्य अभी भी लंबी होती है।


खुले पानी में हल्की हवा से उत्पन्न होने पर, उनके लिए समुद्री नाम बिल्ली की पंजा तरंगें होती हैं। हल्की हवाएँ जो इस तरह की छोटी-छोटी लहरों को हिलाती हैं, उन्हें कभी-कभी बिल्ली के पंजे भी कहा जाता है। खुले समुद्र में, बहुत बड़ी पवन तरंगें ([[हवा की लहर]] और प्रफुल्लित (महासागर)) छोटी हवा के कारण होने वाली तरंग-तरंगों के सहसंयोजन के परिणामस्वरूप हो सकती हैं।
खुले पानी में हल्की हवा से उत्पन्न होने पर, उनके लिए समुद्री नाम "बिल्ली की पंजा" तरंगें होती हैं। हल्की हवाएँ जो इस तरह की छोटी-छोटी तरंगों को हिलाती हैं, उन्हें कभी-कभी बिल्ली की पंजा भी कहा जाता है। खुले समुद्र में, बहुत बड़ी पवन तरंगें ([[हवा की लहर|हवा की तरंग]] और प्रफुल्लित (महासागर)) छोटी हवा के कारण होने वाली तरंग-तरंगों के सहसंयोजन के परिणामस्वरूप हो सकती हैं।


== [[फैलाव संबंध]] ==
== [[फैलाव संबंध|परिक्षेपण संबंध]] ==
फैलाव संबंध तरंगों में तरंग दैर्ध्य और [[आवृत्ति]] के बीच संबंध का वर्णन करता है। शुद्ध केशिका तरंगों के बीच भेद किया जा सकता है - पूरी तरह से सतह तनाव के प्रभाव से प्रभावित - और गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगें जो गुरुत्वाकर्षण से भी प्रभावित होती हैं।
परिक्षेपण संबंध तरंगों में तरंग दैर्ध्य और [[आवृत्ति]] के बीच संबंध का वर्णन करता है। शुद्ध केशिका तरंगों के बीच भेद किया जा सकता है - पूरी तरह से सतह तनाव के प्रभाव से प्रभावित - और गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगें जो गुरुत्वाकर्षण से भी प्रभावित होती हैं।


=== केशिका तरंगें, उचित ===
=== केशिका तरंगें, उचित ===
केशिका तरंगों के लिए फैलाव संबंध है
केशिका तरंगों के लिए परिक्षेपण संबंध है


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\omega^2=\frac{\sigma}{\rho+\rho'}\, |k|^3,</math>
\omega^2=\frac{\sigma}{\rho+\rho'}\, |k|^3,</math>
कहाँ <math>\omega</math> [[कोणीय आवृत्ति]] है, <math>\sigma</math> सतही तनाव, <math>\rho</math> का [[घनत्व]]
जहाँ <math>\omega</math> [[कोणीय आवृत्ति]] है, <math>\sigma</math> सतही तनाव, <math>\rho</math> भारी तरल पदार्थ का [[घनत्व]], <math>\rho'</math> हलके द्रव का घनत्व और <math>k</math> तरंग संख्या निम्न है
भारी तरल पदार्थ, <math>\rho'</math> लाइटर द्रव का घनत्व और <math>k</math> तरंग संख्या। तरंग दैर्ध्य है
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\lambda=\frac{2 \pi}{k}.</math>
\lambda=\frac{2 \pi}{k}.</math>
द्रव और निर्वात (मुक्त सतह) के बीच की सीमा के लिए, फैलाव संबंध कम हो जाता है
द्रव और निर्वात (मुक्त सतह) के बीच की सीमा के लिए, परिक्षेपण संबंध कम हो जाता है
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\omega^2=\frac{\sigma}{\rho}\, |k|^3.</math>
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=== गुरुत्व-केशिका तरंगें ===
=== गुरुत्व-केशिका तरंगें ===
[[File:Dispersion capillary.svg|thumb|right|गहरे पानी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों का फैलाव (ऊपरी परत का शून्य द्रव्यमान घनत्व, <math>\rho'=0</math>). चरण और समूह वेग द्वारा विभाजित <math>\scriptstyle \sqrt[4]{g\sigma/\rho}</math> व्युत्क्रम सापेक्ष तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में <math>\scriptstyle \frac{1}{\lambda}\sqrt{\sigma/(\rho g)}</math><br>{{•}} नीली रेखाएँ (A): चरण वेग, लाल रेखाएँ (B): समूह वेग।<br>{{•}} खींची गई रेखाएँ: गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों के लिए फैलाव संबंध।<br>{{•}} धराशायी रेखाएँ: गहरे पानी की गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए फैलाव संबंध।<br>{{•}} डैश-बिंदीदार रेखाएँ: गहरे पानी केशिका तरंगों के लिए मान्य फैलाव संबंध।]]जब केशिका तरंगें भी गुरुत्वाकर्षण से काफी हद तक प्रभावित होती हैं, तो उन्हें गुरुत्व-केशिका तरंगें कहा जाता है। अनंत गहराई के दो तरल पदार्थों के बीच इंटरफ़ेस पर तरंगों के लिए उनका फैलाव संबंध पढ़ता है:<ref name=Lamb>Lamb (1994), §267, page 458–460.</ref><ref>Dingemans (1997), Section 2.1.1, p.&nbsp;45.<br>Phillips (1977), Section 3.2, p.&nbsp;37.</ref>
[[File:Dispersion capillary.svg|thumb|right|गहरे पानी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों का निक्षेपण (ऊपरी परत का शून्य द्रव्यमान घनत्व, <math>\rho'=0</math>). चरण और समूह वेग द्वारा विभाजित <math>\scriptstyle \sqrt[4]{g\sigma/\rho}</math> व्युत्क्रम सापेक्ष तरंग दैर्ध्य के एक फलन के रूप में <math>\scriptstyle \frac{1}{\lambda}\sqrt{\sigma/(\rho g)}</math><br>{{•}} नीली रेखाएँ (A): चरण वेग, लाल रेखाएँ (B): समूह वेग।<br>{{•}} खींची गई रेखाएँ: गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों के लिए परिक्षेपण संबंध।<br>{{•}} धराशायी रेखाएँ: गहरे पानी की गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए परिक्षेपण संबंध।<br>{{•}} डैश-बिंदीदार रेखाएँ: गहरे पानी केशिका तरंगों के लिए मान्य परिक्षेपण संबंध।]]जब केशिका तरंगें भी गुरुत्वाकर्षण से काफी हद तक प्रभावित होती हैं, तो उन्हें गुरुत्व-केशिका तरंगें कहा जाता है। अनंत गहराई के दो तरल पदार्थों के बीच अंतरापृष्ठ पर तरंगों के लिए उनका परिक्षेपण संबंध पढ़ता है:<ref name=Lamb>Lamb (1994), §267, page 458–460.</ref><ref>Dingemans (1997), Section 2.1.1, p.&nbsp;45.<br>Phillips (1977), Section 3.2, p.&nbsp;37.</ref>
:<math>
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\omega^2=|k|\left( \frac{\rho-\rho'}{\rho+\rho'}g+\frac{\sigma}{\rho+\rho'}k^2\right),
\omega^2=|k|\left( \frac{\rho-\rho'}{\rho+\rho'}g+\frac{\sigma}{\rho+\rho'}k^2\right),
</math>
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कहाँ <math>g</math> मानक गुरुत्व के कारण त्वरण है, <math>\rho</math> और <math>\rho'</math> दो तरल पदार्थों का [[द्रव्यमान घनत्व]] है <math>(\rho > \rho')</math>. कारण <math>(\rho-\rho')/(\rho+\rho')</math> पहले कार्यकाल में [[एटवुड नंबर]] है।
जहाँ <math>g</math> मानक गुरुत्व के कारण त्वरण है, <math>\rho</math> और <math>\rho'</math> दो तरल पदार्थों का [[द्रव्यमान घनत्व]] <math>(\rho > \rho')</math> है। कारक <math>(\rho-\rho')/(\rho+\rho')</math> पहले कार्यकाल में [[एटवुड नंबर]] है।


==== ग्रेविटी वेव रिजीम ====
==== गुरुत्वाकर्षण तरंग सिद्धांत ====
{{further information|Airy wave theory}}
{{further information|हवादार तरंग सिद्धांत}}


बड़े तरंग दैर्ध्य के लिए (छोटा <math>k = 2\pi/\lambda</math>), केवल पहला शब्द प्रासंगिक है और एक में गुरुत्व तरंगें हैं।
बड़े तरंग दैर्ध्य (छोटा <math>k = 2\pi/\lambda</math>) के लिए, केवल पहला शब्द प्रासंगिक है और एक में गुरुत्व तरंगें हैं। इस सीमा में, तरंगों का एक [[समूह वेग]] आधा चरण वेग होता है: एक समूह में एकल तरंग की शिखा के बाद समूह के पीछे दिखाई देने वाली तरंग को देख सकते हैं, बढ़ते हुए और अंत में समूह के सामने अन्तेर्ध्यान हो जाते हैं।
इस सीमा में, तरंगों का एक [[समूह वेग]] आधा चरण वेग होता है: एक समूह में एकल तरंग की शिखा के बाद समूह के पीछे दिखाई देने वाली लहर को देख सकते हैं, बढ़ते हुए और अंत में समूह के सामने गायब हो जाते हैं।


==== केशिका तरंग शासन ====
==== केशिका तरंग शासन ====
छोटा (बड़ा <math>k</math>) तरंगें (जैसे जल-वायु अंतरापृष्ठ के लिए 2 मिमी), जो उचित केशिका तरंगें हैं, इसके विपरीत करें: समूह के सामने एक व्यक्तिगत तरंग दिखाई देती है, समूह केंद्र की ओर बढ़ने पर बढ़ती है और अंत में पीछे गायब हो जाती है समूह। चरण वेग इस सीमा में समूह वेग का दो तिहाई है।
छोटा (बड़ा <math>k</math>) तरंगें (जैसे जल-वायु अंतरापृष्ठ के लिए 2 मिमी), जो उचित केशिका तरंगें हैं, इसके विपरीत करें: समूह के सामने एक व्यक्तिगत तरंग दिखाई देती है, समूह केंद्र की ओर बढ़ने पर बढ़ती है और अंत में पीछे अन्तेर्ध्यान हो जाती है। चरण वेग इस सीमा में समूह वेग का दो तिहाई है।


==== चरण वेग न्यूनतम ====
==== चरण वेग न्यूनतम ====
इन दो सीमाओं के बीच एक बिंदु है जिस पर गुरुत्वाकर्षण के कारण फैलाव केशिका प्रभाव के कारण फैलाव को रद्द कर देता है। एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर, समूह वेग चरण वेग के बराबर होता है, और कोई फैलाव नहीं होता है। ठीक इसी तरंग दैर्ध्य पर, तरंग दैर्ध्य (या तरंग संख्या) के एक समारोह के रूप में गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों का चरण वेग न्यूनतम होता है। इस महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत कम तरंग दैर्ध्य वाली तरंगें <math>\lambda_{m}</math> सतह के तनाव का प्रभुत्व है, और गुरुत्वाकर्षण से बहुत ऊपर है। इस तरंग दैर्ध्य का मान और संबंधित न्यूनतम चरण गति <math>c_{m}</math> हैं:<ref name=Lamb/>
इन दो सीमाओं के बीच एक बिंदु है जिस पर गुरुत्वाकर्षण के कारण निक्षेपण केशिका प्रभाव के कारण निक्षेपण को रद्द कर देता है। एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर, समूह वेग चरण वेग के बराबर होता है, और कोई निक्षेपण नहीं होता है। ठीक इसी तरंग दैर्ध्य पर, तरंग दैर्ध्य (या तरंग संख्या) के एक फलन के रूप में गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों का चरण वेग न्यूनतम होता है। इस महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत कम तरंग दैर्ध्य वाली तरंगें <math>\lambda_{m}</math> सतह के तनाव का प्रभुत्व है, और गुरुत्वाकर्षण से बहुत ऊपर है। इस तरंग दैर्ध्य का मान और संबंधित न्यूनतम चरण गति <math>c_{m}</math> हैं:<ref name=Lamb/>


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   c_m = \sqrt{ \frac{2 \sqrt{ (\rho - \rho') g \sigma }}{\rho+\rho'} }.
   c_m = \sqrt{ \frac{2 \sqrt{ (\rho - \rho') g \sigma }}{\rho+\rho'} }.
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हवा-[[पानी]] इंटरफेस के लिए, <math>\lambda_{m}</math> होना पाया जाता है {{convert|1.7|cm|in|abbr=on}}, और <math>c_{m}</math> है {{convert|0.23|m/s|ft/s|abbr=on}}.<ref name=Lamb/>
हवा-[[पानी]] अंतरापृष्ठ के लिए, <math>\lambda_{m}</math> {{convert|1.7|cm|in|abbr=on}} पाया जाता है , और <math>c_{m}</math> {{convert|0.23|m/s|ft/s|abbr=on}} है। <ref name=Lamb/>


यदि कोई एक छोटे से पत्थर या बूंद को तरल में गिराता है, तो तरंगें आराम से द्रव के एक विस्तारित चक्र के बाहर फैलती हैं; यह चक्र एक [[कास्टिक (प्रकाशिकी)]] है जो न्यूनतम समूह वेग से मेल खाता है।<ref>{{cite book |last=Falkovich |first=G. |title=द्रव यांत्रिकी, भौतिकविदों के लिए एक छोटा पाठ्यक्रम|publisher=Cambridge University Press |year=2011 |isbn=978-1-107-00575-4 |no-pp=yes |pages=Section 3.1 and Exercise 3.3}}</ref>
यदि कोई एक छोटे से पत्थर या बूंद को तरल में गिराता है, तो तरंगें आराम से द्रव के एक विस्तारित चक्र के बाहर फैलती हैं; यह चक्र एक [[कास्टिक (प्रकाशिकी)]] है जो न्यूनतम समूह वेग से मेल खाता है।<ref>{{cite book |last=Falkovich |first=G. |title=द्रव यांत्रिकी, भौतिकविदों के लिए एक छोटा पाठ्यक्रम|publisher=Cambridge University Press |year=2011 |isbn=978-1-107-00575-4 |no-pp=yes |pages=Section 3.1 and Exercise 3.3}}</ref>
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==== व्युत्पत्ति ====
==== व्युत्पत्ति ====
जैसा कि [[रिचर्ड फेनमैन]] ने कहा, [जल तरंगें] जो आसानी से हर किसी के द्वारा देखी जाती हैं और जो आमतौर पर प्रारंभिक पाठ्यक्रमों में तरंगों के उदाहरण के रूप में उपयोग की जाती हैं [...] सबसे खराब संभव उदाहरण हैं [...]; उनमें वे सभी जटिलताएँ हैं जो लहरों में हो सकती हैं।<ref>[[Richard Feynman|R.P. Feynman]], R.B. Leighton, and M. Sands (1963). ''[[The Feynman Lectures on Physics]].'' Addison-Wesley. Volume I, Chapter 51-4.</ref> सामान्य फैलाव संबंध की व्युत्पत्ति इसलिए काफी शामिल है।<ref>See e.g. Safran (1994) for a more detailed description.</ref>
जैसा कि [[रिचर्ड फेनमैन]] ने कहा, [जल तरंगें] जो आसानी से हर किसी के द्वारा देखी जाती हैं और जो सामान्यतः प्रारंभिक पाठ्यक्रमों में तरंगों के उदाहरण के रूप में उपयोग की जाती हैं [...] सबसे खराब संभव उदाहरण [...] हैं; उनमें वे सभी जटिलताएँ हैं जो तरंगों में हो सकती हैं।<ref>[[Richard Feynman|R.P. Feynman]], R.B. Leighton, and M. Sands (1963). ''[[The Feynman Lectures on Physics]].'' Addison-Wesley. Volume I, Chapter 51-4.</ref> सामान्य परिक्षेपण संबंध की व्युत्पत्ति इसलिए काफी सम्मिलित है।<ref>See e.g. Safran (1994) for a more detailed description.</ref>


<!-- Therefore, first the assumptions involved are pointed out. <<  ? -->ऊर्जा में तीन योगदान हैं, गुरुत्वाकर्षण के कारण, सतह के तनाव के लिए और जलगतिकी के लिए। पहले दो संभावित ऊर्जाएं हैं, और कोष्ठक के अंदर दो शब्दों के लिए जिम्मेदार हैं, जैसा कि की उपस्थिति से स्पष्ट है <math>g</math> और <math>\sigma</math>. गुरुत्वाकर्षण के लिए, तरल पदार्थ के घनत्व के स्थिर होने (यानी, असंपीड़्यता) और इसी तरह से एक धारणा बनाई जाती है <math>g</math> (तरंगें गुरुत्वाकर्षण के लिए पर्याप्त रूप से बदलने के लिए पर्याप्त नहीं हैं)। सतही तनाव के लिए, ग्रहों से विचलन (जैसा कि सतह के डेरिवेटिव द्वारा मापा जाता है) को छोटा माना जाता है। सामान्य तरंगों के लिए दोनों सन्निकटन काफी अच्छे हैं।
<!-- Therefore, first the assumptions involved are pointed out. <<  ? -->ऊर्जा में , गुरुत्वाकर्षण के कारण, सतह के तनाव के लिए और जलगतिकी के लिए तीन योगदान हैं। पहले दो संभावित ऊर्जाएं हैं, और कोष्ठक के अंदर दो शब्दों के लिए जिम्मेदार हैं, जैसा कि <math>g</math> और <math>\sigma</math> की उपस्थिति से स्पष्ट है। गुरुत्वाकर्षण के लिए, तरल पदार्थ के घनत्व के स्थिर होने (यानी, असंपीड़्यता) और इसी तरह से एक धारणा <math>g</math> बनाई जाती है (तरंगें गुरुत्वाकर्षण के लिए पर्याप्त रूप से बदलने के लिए पर्याप्त नहीं हैं)। सतही तनाव के लिए, ग्रहों से विचलन (जैसा कि सतह के व्युत्पन्न द्वारा मापा जाता है) को छोटा माना जाता है। सामान्य तरंगों के लिए दोनों सन्निकटन काफी अच्छे हैं।


तीसरे योगदान में तरल पदार्थों की [[गतिज ऊर्जा]] शामिल है। यह सबसे जटिल है और हाइड्रोडायनामिक्स ढांचे की मांग करता है। असंपीड्यता फिर से शामिल है (जो संतुष्ट है अगर तरंगों की गति मीडिया में ध्वनि की गति से बहुत कम है), साथ में प्रवाह अघूर्णी होने के साथ - प्रवाह तब [[संभावित प्रवाह]] होता है। ये आम तौर पर सामान्य स्थितियों के लिए भी अच्छे अनुमान हैं।
तीसरे योगदान में तरल पदार्थों की [[गतिज ऊर्जा]] सम्मिलित है। यह सबसे जटिल है और द्रवगतिकी संरचना की मांग करता है। असंपीड्यता फिर से सम्मिलित है (जो संतुष्ट है अगर तरंगों की गति मीडिया में ध्वनि की गति से बहुत कम है), साथ में प्रवाह अघूर्णी होने के साथ - प्रवाह तब [[संभावित प्रवाह]] होता है। ये सामान्यतः सामान्य स्थितियों के लिए भी अच्छे अनुमान हैं।


क्षमता के लिए परिणामी समीकरण (जो [[लाप्लास समीकरण]] है) को उचित सीमा शर्तों के साथ हल किया जा सकता है। एक तरफ, वेग को सतह के नीचे अच्छी तरह से गायब हो जाना चाहिए (गहरे पानी के मामले में, जिस पर हम विचार करते हैं, अन्यथा एक अधिक शामिल परिणाम प्राप्त होता है, समुद्र की सतह की लहर#लहरों का विज्ञान देखें।) दूसरी तरफ, इसका लंबवत। घटक को सतह की गति से मेल खाना चाहिए। यह योगदान अतिरिक्त के लिए जिम्मेदार होता है  <math>k</math> कोष्टक के बाहर, जिसके कारण सभी व्यवस्थाएं बिखरी हुई हैं, दोनों के निम्न मूल्यों पर <math>k</math>, और उच्च वाले (उस एक मान को छोड़कर जिस पर दो फैलाव रद्द हो जाते हैं।)
क्षमता के लिए परिणामी समीकरण (जो [[लाप्लास समीकरण]] है) को उचित सीमा शर्तों के साथ हल किया जा सकता है। एक तरफ, वेग को सतह के नीचे अच्छी तरह से अन्तेर्ध्यान हो जाना चाहिए (गहरे पानी की स्तिथि में, जिस पर हम विचार करते हैं, अन्यथा एक अधिक सम्मिलित परिणाम प्राप्त होता है, समुद्र की सतह की तरंग का विज्ञान देखें।) दूसरी तरफ, इसके लंबवत घटक को सतह की गति से मेल खाना चाहिए। यह योगदान अतिरिक्त के लिए <math>k</math> कोष्टक के बाहर उत्तरदायी होता है, जो सभी शासनों को k के निम्न मूल्यों और उच्च वाले दोनों पर बिखरने का कारण बनता है, (उस एक मान को छोड़कर जिस पर दो निक्षेपण रद्द हो जाते हैं।)


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फैलाव संबंध अब [[Lagrangian यांत्रिकी]] से प्राप्त किया जा सकता है <math>L = T - V</math>, साथ <math>V</math> गुरुत्वाकर्षण द्वारा संभावित ऊर्जाओं का योग <math>V_{g}</math> और सतही तनाव <math>V_{st}</math>:<ref name=Whitham>{{cite book | first=G. B. | last=Whitham | author-link=Gerald B. Whitham | title=रैखिक और अरेखीय तरंगें| publisher = Wiley-Interscience | year=1974 | isbn=0-471-94090-9 }} See section 11.7.</ref>
परिक्षेपण संबंध अब [[Lagrangian यांत्रिकी]] से प्राप्त किया जा सकता है <math>L = T - V</math>, साथ <math>V</math> गुरुत्वाकर्षण द्वारा संभावित ऊर्जाओं का योग <math>V_{g}</math> और सतही तनाव <math>V_{st}</math>:<ref name=Whitham>{{cite book | first=G. B. | last=Whitham | author-link=Gerald B. Whitham | title=रैखिक और अरेखीय तरंगें| publisher = Wiley-Interscience | year=1974 | isbn=0-471-94090-9 }} See section 11.7.</ref>
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   L = \frac{1}{4} \left[
   L = \frac{1}{4} \left[
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     \right] a^2 \lambda.
     \right] a^2 \lambda.
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ज्यावक्रीय तरंगों और रेखीय तरंग सिद्धांत के लिए, औसत Lagrangian|phase-Averaged Lagrangian हमेशा रूप का होता है <math>L = D(\omega, k) a^{2}</math>, ताकि भिन्नता केवल मुक्त पैरामीटर के संबंध में हो, <math>a</math>, फैलाव संबंध देता है  <math>D(\omega, k) = 0</math>.<ref name=Whitham/>हमारे मामले में <math>D(\omega,k)</math> वर्ग कोष्ठक में सिर्फ अभिव्यक्ति है, ताकि फैलाव संबंध हो:
ज्यावक्रीय तरंगों और रेखीय तरंग सिद्धांत के लिए, औसत Lagrangian|phase-Averaged Lagrangian हमेशा रूप का होता है <math>L = D(\omega, k) a^{2}</math>, ताकि भिन्नता केवल मुक्त पैरामीटर के संबंध में हो, <math>a</math>, परिक्षेपण संबंध देता है  <math>D(\omega, k) = 0</math>.<ref name=Whitham/>हमारे मामले में <math>D(\omega,k)</math> वर्ग कोष्ठक में सिर्फ अभिव्यक्ति है, ताकि परिक्षेपण संबंध हो:
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   \omega^2 = |k| \left( \frac{\rho-\rho'}{\rho+\rho'}\, g  + \frac{\sigma}{\rho+\rho'}\, k^2 \right),
   \omega^2 = |k| \left( \frac{\rho-\rho'}{\rho+\rho'}\, g  + \frac{\sigma}{\rho+\rho'}\, k^2 \right),
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== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
* [[केशिका की कार्रवाई]]
* [[केशिका की कार्रवाई]]
* [[फैलाव (पानी की लहरें)]]
* [[फैलाव (पानी की लहरें)|निक्षेपण (पानी की तरंगें)]]
* [[द्रव पाइप]]
* [[द्रव पाइप|द्रव नलिका]]
* समुद्र की सतह की लहर
* समुद्र की सतह की तरंग
* [[थर्मल केशिका तरंग]]
* [[थर्मल केशिका तरंग|ऊष्मीय केशिका तरंग]]
* दो चरण प्रवाह
* दो चरण प्रवाह
* [[तरंग निर्मित तरंग]]
* [[तरंग निर्मित तरंग]]
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== गैलरी ==
== गैलरी ==
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File:Surface waves and water striders.JPG|[[ वॉटर स्ट्रीडर ]]्स द्वारा बनाए गए पानी पर लहरें
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फ़ाइल: नरविजा
File:Index.php?title=File:फ़ाइल: नरविजा
rvi ripples.jpg|झील के सतही जल में हल्की हवा की लहरें उठती हैं
File:Index.php?title=File:Rvi ripples.jpg|झील के सतही जल में हल्की हवा की तरंगें उठती हैं
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Revision as of 15:07, 21 May 2023

File:2006-01-14 Surface waves.jpg
पानी में केशिका तरंगें (तरंगें)।
File:Ripples Lifjord.jpg
ओक्सनेस, नॉर्वे में लिफजॉर्ड पर तरंगें
File:Multy droplets impact.JPG
पानी और हवा के बीच अंतरापृष्ठ पर बूंदों के प्रभाव से उत्पन्न केशिका तरंगें।

एक केशिका तरंग एक द्रव की चरण सीमा के साथ यात्रा करने वाली एक तरंग है, जिसकी गतिशीलता (यांत्रिकी) और चरण वेग सतह तनाव के प्रभाव से प्रभावित होते हैं।

केशिका तरंगें प्रकृति में सामान्य हैं, और प्रायः उन्हें तरंग कहा जाता है। पानी पर केशिका तरंगों की तरंग दैर्ध्य सामान्यतः कुछ सेंटीमीटर से कम होती है, जिसकी चरण गति 0.2–0.3 मीटर / सेकंड से अधिक होती है।

द्रव अंतरापृष्ठ पर एक लंबी तरंग दैर्ध्य के परिणामस्वरूप गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगें होती हैं जो सतह तनाव और मानक गुरुत्वाकर्षण दोनों के साथ-साथ द्रव जड़ता से प्रभावित होती हैं। साधारण गुरुत्व तरंगों की तरंग दैर्ध्य अभी भी लंबी होती है।

खुले पानी में हल्की हवा से उत्पन्न होने पर, उनके लिए समुद्री नाम "बिल्ली की पंजा" तरंगें होती हैं। हल्की हवाएँ जो इस तरह की छोटी-छोटी तरंगों को हिलाती हैं, उन्हें कभी-कभी बिल्ली की पंजा भी कहा जाता है। खुले समुद्र में, बहुत बड़ी पवन तरंगें (हवा की तरंग और प्रफुल्लित (महासागर)) छोटी हवा के कारण होने वाली तरंग-तरंगों के सहसंयोजन के परिणामस्वरूप हो सकती हैं।

परिक्षेपण संबंध

परिक्षेपण संबंध तरंगों में तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति के बीच संबंध का वर्णन करता है। शुद्ध केशिका तरंगों के बीच भेद किया जा सकता है - पूरी तरह से सतह तनाव के प्रभाव से प्रभावित - और गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगें जो गुरुत्वाकर्षण से भी प्रभावित होती हैं।

केशिका तरंगें, उचित

केशिका तरंगों के लिए परिक्षेपण संबंध है

जहाँ कोणीय आवृत्ति है, सतही तनाव, भारी तरल पदार्थ का घनत्व, हलके द्रव का घनत्व और तरंग संख्या निम्न है


द्रव और निर्वात (मुक्त सतह) के बीच की सीमा के लिए, परिक्षेपण संबंध कम हो जाता है


गुरुत्व-केशिका तरंगें

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गहरे पानी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों का निक्षेपण (ऊपरी परत का शून्य द्रव्यमान घनत्व, ). चरण और समूह वेग द्वारा विभाजित व्युत्क्रम सापेक्ष तरंग दैर्ध्य के एक फलन के रूप में
 • नीली रेखाएँ (A): चरण वेग, लाल रेखाएँ (B): समूह वेग।
 • खींची गई रेखाएँ: गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों के लिए परिक्षेपण संबंध।
 • धराशायी रेखाएँ: गहरे पानी की गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए परिक्षेपण संबंध।
 • डैश-बिंदीदार रेखाएँ: गहरे पानी केशिका तरंगों के लिए मान्य परिक्षेपण संबंध।

जब केशिका तरंगें भी गुरुत्वाकर्षण से काफी हद तक प्रभावित होती हैं, तो उन्हें गुरुत्व-केशिका तरंगें कहा जाता है। अनंत गहराई के दो तरल पदार्थों के बीच अंतरापृष्ठ पर तरंगों के लिए उनका परिक्षेपण संबंध पढ़ता है:[1][2]

जहाँ मानक गुरुत्व के कारण त्वरण है, और दो तरल पदार्थों का द्रव्यमान घनत्व है। कारक पहले कार्यकाल में एटवुड नंबर है।

गुरुत्वाकर्षण तरंग सिद्धांत

बड़े तरंग दैर्ध्य (छोटा ) के लिए, केवल पहला शब्द प्रासंगिक है और एक में गुरुत्व तरंगें हैं। इस सीमा में, तरंगों का एक समूह वेग आधा चरण वेग होता है: एक समूह में एकल तरंग की शिखा के बाद समूह के पीछे दिखाई देने वाली तरंग को देख सकते हैं, बढ़ते हुए और अंत में समूह के सामने अन्तेर्ध्यान हो जाते हैं।

केशिका तरंग शासन

छोटा (बड़ा ) तरंगें (जैसे जल-वायु अंतरापृष्ठ के लिए 2 मिमी), जो उचित केशिका तरंगें हैं, इसके विपरीत करें: समूह के सामने एक व्यक्तिगत तरंग दिखाई देती है, समूह केंद्र की ओर बढ़ने पर बढ़ती है और अंत में पीछे अन्तेर्ध्यान हो जाती है। चरण वेग इस सीमा में समूह वेग का दो तिहाई है।

चरण वेग न्यूनतम

इन दो सीमाओं के बीच एक बिंदु है जिस पर गुरुत्वाकर्षण के कारण निक्षेपण केशिका प्रभाव के कारण निक्षेपण को रद्द कर देता है। एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर, समूह वेग चरण वेग के बराबर होता है, और कोई निक्षेपण नहीं होता है। ठीक इसी तरंग दैर्ध्य पर, तरंग दैर्ध्य (या तरंग संख्या) के एक फलन के रूप में गुरुत्वाकर्षण-केशिका तरंगों का चरण वेग न्यूनतम होता है। इस महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत कम तरंग दैर्ध्य वाली तरंगें सतह के तनाव का प्रभुत्व है, और गुरुत्वाकर्षण से बहुत ऊपर है। इस तरंग दैर्ध्य का मान और संबंधित न्यूनतम चरण गति हैं:[1]

हवा-पानी अंतरापृष्ठ के लिए, 1.7 cm (0.67 in) पाया जाता है , और 0.23 m/s (0.75 ft/s) है। [1]

यदि कोई एक छोटे से पत्थर या बूंद को तरल में गिराता है, तो तरंगें आराम से द्रव के एक विस्तारित चक्र के बाहर फैलती हैं; यह चक्र एक कास्टिक (प्रकाशिकी) है जो न्यूनतम समूह वेग से मेल खाता है।[3]


व्युत्पत्ति

जैसा कि रिचर्ड फेनमैन ने कहा, [जल तरंगें] जो आसानी से हर किसी के द्वारा देखी जाती हैं और जो सामान्यतः प्रारंभिक पाठ्यक्रमों में तरंगों के उदाहरण के रूप में उपयोग की जाती हैं [...] सबसे खराब संभव उदाहरण [...] हैं; उनमें वे सभी जटिलताएँ हैं जो तरंगों में हो सकती हैं।[4] सामान्य परिक्षेपण संबंध की व्युत्पत्ति इसलिए काफी सम्मिलित है।[5]

ऊर्जा में , गुरुत्वाकर्षण के कारण, सतह के तनाव के लिए और जलगतिकी के लिए तीन योगदान हैं। पहले दो संभावित ऊर्जाएं हैं, और कोष्ठक के अंदर दो शब्दों के लिए जिम्मेदार हैं, जैसा कि और की उपस्थिति से स्पष्ट है। गुरुत्वाकर्षण के लिए, तरल पदार्थ के घनत्व के स्थिर होने (यानी, असंपीड़्यता) और इसी तरह से एक धारणा बनाई जाती है (तरंगें गुरुत्वाकर्षण के लिए पर्याप्त रूप से बदलने के लिए पर्याप्त नहीं हैं)। सतही तनाव के लिए, ग्रहों से विचलन (जैसा कि सतह के व्युत्पन्न द्वारा मापा जाता है) को छोटा माना जाता है। सामान्य तरंगों के लिए दोनों सन्निकटन काफी अच्छे हैं।

तीसरे योगदान में तरल पदार्थों की गतिज ऊर्जा सम्मिलित है। यह सबसे जटिल है और द्रवगतिकी संरचना की मांग करता है। असंपीड्यता फिर से सम्मिलित है (जो संतुष्ट है अगर तरंगों की गति मीडिया में ध्वनि की गति से बहुत कम है), साथ में प्रवाह अघूर्णी होने के साथ - प्रवाह तब संभावित प्रवाह होता है। ये सामान्यतः सामान्य स्थितियों के लिए भी अच्छे अनुमान हैं।

क्षमता के लिए परिणामी समीकरण (जो लाप्लास समीकरण है) को उचित सीमा शर्तों के साथ हल किया जा सकता है। एक तरफ, वेग को सतह के नीचे अच्छी तरह से अन्तेर्ध्यान हो जाना चाहिए (गहरे पानी की स्तिथि में, जिस पर हम विचार करते हैं, अन्यथा एक अधिक सम्मिलित परिणाम प्राप्त होता है, समुद्र की सतह की तरंग का विज्ञान देखें।) दूसरी तरफ, इसके लंबवत घटक को सतह की गति से मेल खाना चाहिए। यह योगदान अतिरिक्त के लिए कोष्टक के बाहर उत्तरदायी होता है, जो सभी शासनों को k के निम्न मूल्यों और उच्च वाले दोनों पर बिखरने का कारण बनता है, (उस एक मान को छोड़कर जिस पर दो निक्षेपण रद्द हो जाते हैं।)

यह भी देखें

गैलरी


टिप्पणियाँ

  1. 1.0 1.1 1.2 Lamb (1994), §267, page 458–460.
  2. Dingemans (1997), Section 2.1.1, p. 45.
    Phillips (1977), Section 3.2, p. 37.
  3. Falkovich, G. (2011). द्रव यांत्रिकी, भौतिकविदों के लिए एक छोटा पाठ्यक्रम. Cambridge University Press. Section 3.1 and Exercise 3.3. ISBN 978-1-107-00575-4.
  4. R.P. Feynman, R.B. Leighton, and M. Sands (1963). The Feynman Lectures on Physics. Addison-Wesley. Volume I, Chapter 51-4.
  5. See e.g. Safran (1994) for a more detailed description.
  6. Lamb (1994), §174 and §230.
  7. 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 Lamb (1994), §266.
  8. 8.0 8.1 Lamb (1994), §61.
  9. Lamb (1994), §20
  10. Lamb (1994), §230.
  11. 11.0 11.1 Whitham, G. B. (1974). रैखिक और अरेखीय तरंगें. Wiley-Interscience. ISBN 0-471-94090-9. See section 11.7.
  12. Lord Rayleigh (J. W. Strutt) (1877). "प्रगतिशील लहरों पर". Proceedings of the London Mathematical Society. 9: 21–26. doi:10.1112/plms/s1-9.1.21. Reprinted as Appendix in: Theory of Sound 1, MacMillan, 2nd revised edition, 1894.


संदर्भ


बाहरी संबंध