Кіріспе
Сұйықтың бетіндегі беттік кернеудің басымдығымен сипатталатын толқын.
Капиллярлық толқын – бұл сұйықтың фазалық шекарасымен таралатын толқын, оның динамикасы мен фазалық жылдамдығы беттік кернеудің әсерімен анықталады. Капиллярлық толқындар табиғатта кең таралған және көбінесе толқыншақтар деп аталады. Судағы капиллярлық толқындардың толқын ұзындығы әдетте бірнеше сантиметрден кем, ал фазалық жылдамдығы 0,2–0,3 метр/секундтан жоғары болады. Сұйық бетіндегі ұзын толқын ұзындығы гравитациялық-капиллярлық толқындарға алып келеді, оларға беттік кернеу мен гравитацияның, сондай-ақ сұйықтың инерциясының әсері тиеді. Кәдімгі гравитациялық толқындардың толқын ұзындығы одан да ұзын. Ашық суда жеңіл желдің әсерінен пайда болғанда, олар теңізшілер арасында "мысық тырнағы" толқындары деп аталады. Мұндай кішкентай толқыншақтарды тудыратын жеңіл жел де кейде "мысық тырнағы" деп аталады. Ашық мұхиттағы мұхит бетіндегі үлкен толқындар (теңіздер мен қозғалыстар) кіші желден пайда болған толқыншақтардың бірігуінен туындауы мүмкін.
Дисперсиялық қатынас
Дисперсиялық қатынас толқын ұзындығы мен жиілігі арасындағы байланысты сипаттайды. Таза капиллярлық толқындар – беттік кернеудің толыққанды үстемдік ететін толқындары, және ауырлық-капиллярлық толқындар, оларға ауырлық күші де әсер етеді, арасында ажыратуға болады.
Гравитациялық капиллярлық толқындар
Капиллярлық толқындарға ауырлық күші де маңызды әсер еткен жағдайда, олар ауырлық-капиллярлық толқындар деп аталады. Екі шексіз тереңдіктегі сұйықтықтардың арасындағы интерфейстегі толқындар үшін олардың дисперсиялық қатынасы былай жазылады:
мұнда – гравитациялық үдеу, және – екі сұйықтықтың массалық тығыздығы. Бірінші мүшедегі факторы – Атвуд саны.
Гравитациялық толқын режимі
Үлкен толқын ұзындығында (кішкентай ) тек бірінші мүше ғана маңызды болады, сонда гравитациялық толқындар пайда болады. Осы жағдайда толқындардың топтық жылдамдығы фазалық жылдамдықтың жартысына тең: топтағы бір толқынның жотасын бақылағанда, толқын топтың арт жағынан пайда болып, өсіп, соңында топтың ал жағында жойылатынын көруге болады.
Капиллярлық толқын режимі
Қысқа (ірі) толқындар (мысалы, су-ауа шекарасында 2 мм), бұл нағыз капиллярлық толқындар, кері процесті жүзеге асырады: жеке толқын толқын тобының алдында пайда болады, топтың орталығына қарай жылжығанда өседі және соңында топтың арт жағында жоғалады. Бұл жағдайда фазалық жылдамдық топтық жылдамдықтың үштен екі бөлігін құрайды.
Фазалық жылдамдықтың ең төменгі мөлшері
Бұл екі шектің арасында гравитациялық күш тудырған дисперсия, капиллярлық эффектінің дисперсиясын жоятын нүкте бар. Белгілі бір толқын ұзындығында топтық жылдамдық фазалық жылдамдыққа теңесіп, дисперсия болмайды. Дәл осы толқын ұзындығында толқын ұзындығының (немесе толқын санының) функциясы ретінде гравитациялық-капиллярлық толқындардың фазалық жылдамдығы минималды мәнге ие болады. Бұл сынды толқын ұзындығынан әлдеқайда кішкентай толқын ұзындығындағы толқындарға беттік кернеу әсер етеді, ал одан ұзын толқындарға – гравитациялық күш. Бұл толқын ұзындығының шамасы және оған сәйкес келетін минималды фазалық жылдамдық: