¿Por qué el agua de lluvia forma ondas móviles en el suelo? ¿Existe un nombre para este efecto?

Question

Hace un rato estaba lloviendo y me di cuenta de que, en el pavimento inclinado, el agua fluía en ondas periódicas muy regulares y consistentes, como se ve a continuación.

Sin embargo, me di cuenta de que no tenía ni idea de por qué ocurría esto. No había nada cuesta arriba que creara esas olas, y seguían bajando hasta donde llegaba el pavimento, a pesar de la lluvia que caía sobre ellas por el camino. ¿Por qué el agua no bajaba suavemente o de forma irregular?
¿Qué causa los patrones ondulatorios perceptibles? ¿Existe un nombre para este fenómeno?

Answer 1

Estas ondas se llaman "ondas de balanceo". Se deben a una inestabilidad en los flujos de cizalladura poco profundos. El análisis es demasiado complejo para una respuesta breve, pero si busca en Google "Roll Wave" encontrará más imágenes y enlaces a artículos técnicos. Si no le molestan un poco las matemáticas, encontrará un análisis de la causa de la inestabilidad a partir de la página 259 de estas notas de clase en línea: https://courses.physics.illinois.edu/phys508/fa2016/amaster.pdf

Una vez que las olas se han formado debido a la inestabilidad, la forma real -- una serie de olas rompientes -- se debe al efecto de propagación no lineal descrito por md2perpe -- cuanto más profunda es el agua, más rápida es la ola.

Answer 2

Creo que la explicación es que las olas de distinto tamaño corren con velocidades diferentes. Esto hace que las ondas más rápidas corran hacia las más lentas, lo que hace que se apilen, o interfieran constructivamente.

Answer 3

Se trata de una explicación especulativa, que describe la fluctuación de la fuente que podría afectar al volumen de agua que fluye por la calle. No es la causa del fenómeno de las ondas de balanceo (véase la excelente respuesta de Mike Stone), pero puede afectarlo aumentando el volumen de agua lo suficiente como para perturbar las ondas de balanceo. He observado microvariaciones en caudales de arroyos de montaña que no se caracterizan por flujos de cizalladura poco profundos.

Cuando un un frente frío atraviesa aire cálido empuja el aire caliente hacia arriba y por encima de la célula de aire frío que avanza. El aire frío en movimiento forma una cuña y crea un plano inclinado por el que asciende el aire cálido. Del mismo modo, cuando un frente cálido empuja aire frío, éste asciende por encima del aire frío, pero como el aire frío se adhiere al suelo con más tenacidad que el aire cálido, el plano inclinado tiene una pendiente más gradual. En cualquier caso, el aire caliente asciende a la atmósfera gradualmente, no en línea recta.

Las nubes se forman cuando el aire caliente húmedo alcanza la altitud de condensación, donde el aire caliente ascendente se enfría hasta el punto de rocío. A medida que el aire caliente ascendente se enfría y se expande, el punto de rocío cambia al variar la presión dentro de la nube.

Cuando la cinta transportadora ascendente de aire húmedo adquiere la temperatura del aire circundante, deja de ascender y el punto de rocío deja de descender. Las gotas comienzan a condensarse y, cuando son lo suficientemente grandes como para que la fuerza de la gravedad las saque de la cinta transportadora de aire húmedo estancada, caen en forma de precipitación.

El proceso no afecta a todo el aire de la nube simultáneamente. A medida que las capas saturadas de aire caliente ascienden por la pendiente de aire frío, el tiempo ofrece la oportunidad de que se produzcan cambios en el microclima que pueden variar la cantidad de precipitación que cae por la parte superior de la cinta transportadora.

Las ondas de balanceo que se ven en el pavimento liso pueden verse afectadas al variar el volumen del flujo con las corrientes de aire y las condiciones de temperatura en la parte superior de la cinta transportadora atmosférica, donde la presión, la temperatura y el punto de rocío sufren microcambios.

Esto se pudo comprobar observando un estrictamente liberación controlada de agua por la misma superficie. Si las características de las ondas que aparecen durante un vertido estrictamente controlado difieren de las ondas que aparecen durante las precipitaciones, puede indicar que la fluctuación de la fuente tiene un efecto.

Answer 4

Puede que tenga una explicación. Este comportamiento no es de esperar (quizás) en una situación ideal (superficies uniformes, etc.). Por lo tanto, si se debe a una irregularidad, lo siguiente puede ser cierto.

Supongamos que tenemos un pequeño bache/irregularidad/cavidad en la carretera (muy pequeño, quizá de un cm de altura, y un poco más largo a lo largo de la carretera). Estas cosas pueden crearse en la superficie natural de la carretera debido a una erosión no uniforme. Así, cuando la lluvia cae sobre la pendiente, estas protuberancias/cavidades actúan como una pequeña presa/embalse respectivamente. Sin embargo, muy pronto Cuando el nivel del agua de lluvia sube más allá de sus alturas, el agua fluye, y se detiene de nuevo cuando el nivel baja. Debido a la caída de gotas de lluvia, el agua de estas cavidades/ protuberancias salpica, provocando que salga más agua de la altura de equilibrio. Esto crea un flujo periódico de agua pendiente abajo.

Básicamente, necesitamos un mecanismo para interrumpir el flujo continuo (esperado). ¿Alguna otra idea?

Puede plantearse cualquier pregunta.