ファラデー波: Faraday waves)またはファラデー波紋: Faraday ripples)は、振動する容器に囲まれた液体に現れる非線形定常波マイケル・ファラデー(1791–1867)にちなんで名付けられた。

振動数が臨界値を超えた場合、平坦な静水圧表面が不安定になる。これはファラデー不安定性として知られている。ファラデーは最初に、1831年に発行された王立学会フィロソフィカル・トランザクションズの記事の付録として記述した[1][2]

液体の層が垂直に振動するピストンのトップに置かれている場合、一定の不安定性の基準である、駆動周波数の半分で振動する定常波のパターンが現れる[3]。これは係数励振の問題に関係する。波は、縞模様、密に詰まった六角形、または正方形や準結晶的なパターンの形をとることができる。ファラデー波はワイングラスをベルのように鳴らした時にワインの水面で生じる細い縞模様として観察される。また仏具の鈴(シンギングボウル)の「噴水」現象を説明する。

ファラデー波とその波長は、量子力学の分野におけるド・ブロイ–ボーム解釈のド・ブロイ波長を持つド・ブロイ波に類似する[4]

応用編集

 
Assembly of microscale beads on Faraday waves.[5]

ファラデー波は、ソフトマター剛体、生物学的な独立体(例えば、個々の細胞、細胞の回転楕円体、細胞が蒔かれたミクロキャリアビーズ)を含む微小規模の物質の有向集積のための液体ベースのテンプレートに使われる[5]

固体ベースのテンプレートとは異なり、この液体ベースのテンプレートは、振動数と加速度を変えることで動的に変更可能であり、対称的で周期的なパターンの多様な集合を生成できる。

この現象は、ワニが仲間を呼ぶ時にも使われる。ワニは水面のわずか下で低い振動数で肺を振動させ、スパイクを起こして表面波を動かし誘発する。これらの表面波は基本的にファラデー波であり、特定の共鳴に特徴的なスプラッシュ効果を観察できる[6][7]

関連項目編集

注釈編集

  1. ^ Faraday, M. (1831) "On a peculiar class of acoustical figures; and on certain forms assumed by a group of particles upon vibrating elastic surfaces", Philosophical Transactions of the Royal Society (London), vol. 121, pp. 299–318. "Faraday waves" are discussed in an appendix to the article, "On the forms and states assumed by fluids in contact with vibrating elastic surfaces". This entire article is also available on-line (albeit without illustrations) at "Electronic Library".
  2. ^ Others who investigated "Faraday waves" include: (1) Ludwig Matthiessen (1868) "Akustische Versuche, die kleinsten Transversalwellen der Flüssigkeiten betreffend" (Acoustic experiments concerning the smallest transverse waves of liquids), Annalen der Physik, vol. 134, pp. 107–17; (2) Ludwig Matthiessen (1870) "Über die Transversalschwingungen tönender tropfbarer und elastischer Flüssigkeiten" (On the transverse vibrations of ringing low-viscosity and elastic liquids), Annalen der Physik, vol. 141, pp. 375–93 ; (3) John William Strutt (Lord Rayleigh) (1883), "On the crispations of fluid resting upon a vibrating support," Philosophical Magazine, vol. 16, pp. 50–58.
  3. ^ Wright, P.H.; Saylor, J.R. (September 2003). “Patterning of particulate films using Faraday waves”. Review of Scientific Instruments 74 (9): 4063–70. Bibcode2003RScI...74.4063W. doi:10.1063/1.1602936. http://www.ces.clemson.edu/~jsaylor/paperPdfs/rsi.v74.n09.pdf 2021年3月8日閲覧。. 
  4. ^ John W. M. Bush: Quantum mechanics writ large
  5. ^ a b P. Chen, Z. Luo, S. Guven, S. Tasoglu, A. Weng, A. V. Ganesan, U. Demirci, Advanced Materials 2014, 10.1002/adma.201402079. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402079/abstract
  6. ^ Powell, Devin (2011-05-25). “Horny Male Alligators Bellow With Their Back Spikes”. Wired. https://www.wired.com/2011/05/alligator-mating-physics/ 2021年3月8日閲覧。. 
  7. ^ Moriarty, Peter; Holt, R. Glynn (2011). “Faraday waves produced by periodic substrates: Mimicking the alligator water dance”. The Journal of the Acoustical Society of America 129 (4): 2411. Bibcode2011ASAJ..129.2411M. doi:10.1121/1.3587858. 

外部リンク編集