Question

请解释下面的物理现象

当你将水龙头开到较小水流，并从下端用物体（能够及时导走水流）挡住水流后，水柱直径会随着高度产生稳定波动。如图。并且随着下端物体位置升高，波动周期变长。各位可以自行做简单实验现在试建立适当的物理模型，定量分析物理现象的成因，给出波纹分布与可能相关的物理量（水的密度，流速，压强，张力系数，遮挡物高度等）的函数关系。这个问题我很早就想弄清楚，学了两年物理仍然毫无头绪（个人觉得这个问题还比较难），请物理学，力学的各位大神有兴趣的话分析一下这个问题。如果各位有不错的定性分析也可交流交流。如果问题完满解决，200分不是问题。

Answer 1

虽然哥学了四年物理但是解决这种问题还是很难啊，物理理论解决实际问题关键是要建模，去掉次要和无关因素保留关键因素，然后通过基本运动理论演绎。该例中水的影响因子有很多，出口压力，水流速度，粘滞力，空气压强，阻挡物等等。
再进行分析，空气的压力影响很小，出口压力很小这两个因素可以忽略，水流遇到障碍物之后的碰撞基本可以忽略，即使有也是小范围的，这跟河流下游野码被尿尿，上游仍然可以洗澡一样，因为阻挡物并不影响流速，即也不会影响运动模型。
所以最后模型出来了，以一定初速度通过一定口径的出口形成的流体的自由落体运动。
我的理解是水流通过出口时由于内部粘滞力，或者说表面张力，形成了一坨一坨的水，在自由落体中一坨水之间的运动距离被拉长，于辩脊谈是间隔的水流变细，形成了粗细相间的类波纹，这个效果随着初始流速增大而减小，随初始流速减小而变大，极端情况下，流速很小，水流变成一滴一滴的。

具体携碰的运动方程就不列了，毕竟忘了差不多了

Answer 2

想法很好，说实话我也很想弄清楚，不过现在还不行，太弱了。从平时观察来看，水流越往下越会断，说明这里可能很大气压还有流速有关，流速越快，就受大气压的横向压力越大，导肆芹芦致了裂带这种情况的产生，当然只是猜首猜测，这几天查查资料再说

追问

水往下流会断这个现象我认为是因为表面张力吧，不过我不确定，我也先算一算看。

追答

表面张力啊，也有道理，这几天考试比较忙，明天问问我的老师，他流体力学很强的样子

表面张力啊，也有道理，越往下时间越长效果越明显，这几天考试比较忙，没查到什么有用资料，明天问问我的老师，他流体力学很强的样子

Answer 3

很注意观察生活！佩服！
这个问题怎么说，当水流遇到阻力，前端水分子即受到挤压减速，后面水中陆流继续跟上形成挤压。
只卖谈顷不过因为水是流体，我们过多的考虑到流动性，因此会有困扰。
如果我们把它想象成软糯的橡皮泥柱，向一个面挤侍链压也有类似的波动效果，或者用较为稠的液体
可以看到形成的慢镜头。

追问

似乎有一定道理，但是水毕竟是流体，这种类比的基础是什么呢？即使是橡皮柱，形成这种效果的机理又是什么呢？

追答

水虽然是流体，但是分子间的相互作用是类似的。就像好声音的传播，在气体，液体，固体中均是分子间能量相互传递，达到声音的传播效果。
你所发现的这个现象，应是能量传播时导致的波动效果，也就是水流的动能遇到阻碍反向传递，导致水流波动，即能量转化为另外的效果。空气，水遇到阻碍，或受到力的作用均有波动，波动是能量传递的表现。声波就是这样，只是声波的频率要高的多，肉眼凡胎看不到而已。

追问

我是物理系的，你说的这些我当然知道，但是这个类比还是太空泛了一点，能给出定量描述否？

追答

我也是物理系的，只是离开学校很久了，理论公式基本不记得。看得出你很热爱这个专业，生活中的细节都不放过，加油吧！我的能力到此为止了。

追问

仍然谢谢你

Answer 4

会和声音有关吗？
或者是水流受到弹力，导致部分水向上非匀变速运动，产生的结果呢

追问

我在许多地方做过这个实验，结果相似，说明受环境影响不大。

这个分析是不是太浅了，能稍微深入一点么？