Jedes der Wasserpartikel wird von den anderen Partikeln zur Seite gedrückt, wenn das Wasser gegen die Wand trifft. Wenn wir die Viskosität des Wassers vernachlässigen, folgt jedes dieser Partikel einer Wurfparabel, jedoch unter unterschiedlichen anfänglichen Startwinkeln. Wenn wir annehmen, dass der Strahl horizontal auf die Wand trifft, werden die Wasserteilchen in alle Richtungen mit der gleichen (maximalen) Anfangsgeschwindigkeit geworfen. Die Form, die Sie beobachtet haben, ergibt sich dann aus der Hülle aller möglichen Parabeln.

Für alle Parabeln $$ y (x) = x \ tan \ beta - \ frac {g \, x ^ 2} {2 \, {v_0} ^ 2 \ cos ^ 2 \ beta} + h_0 $$ span> Bei anfänglichen Startwinkeln $ \ beta $ span> ist der Umschlag $$ y_ \ mathrm {H} (x) = \ frac {{v_0} ^ 2} {2 \, g} - \ frac {g \, x ^ 2} {2 \, {v_0} ^ 2} + h_0. $$ span>

Es bildet sich also tatsächlich eine Parabel.

Bearbeiten: Der Umschlag kann wie folgt abgeleitet werden:

Wenn wir die Kurvenfamilie implizit durch definieren $$ F (x, y, \ tan (\ beta)) = y - x \ tan \ beta + \ frac {g \, x ^ 2} {2 \, {v_0 } ^ 2 \ cos ^ 2 \ beta} = y - x \ tan \ beta + \ frac {g \, x ^ 2 (1+ \ tan ^ 2 \ beta)} {2 \, {v_0} ^ 2} = 0 $$ span> Der Umschlag der Familie wird von ( Quelle) angegeben. $$ F = 0 ~~ \ mathsf {und} ~~ {\ partielles F \ über \ partielles \ tan \ beta} = 0 $$ span> Wir haben $$ {\ partielles F \ über \ partielles \ tan \ beta} = - x + \ frac {gx ^ 2 \ tan \ beta} {v_0 ^ 2} = 0 ~~ \ Leftrightarrow ~~ \ tan \ beta = \ frac {v_0 ^ 2} {gx} $$ span> Wenn wir das in $ F $ span> einsetzen, erhalten wir $$ F = y- \ frac {v_0 ^ 2} {g} + \ frac {g (x ^ 2 + v_0 ^ 4 / g ^ 2)} {2v_0 ^ 2} = 0 ~~ \ Leftrightarrow ~~ y_ \ mathrm {H} (x) = \ frac {{v_0} ^ 2} {2 \, g} - \ frac {g \, x ^ 2} {2 \, {v_0 } ^ 2} $$ span>

Wenn der Wasserstrahl auf die horizontale Oberfläche auftrifft, fließt die Flüssigkeit in einer laminaren Dünnfilmströmung ab, bis die Strömung in einiger Entfernung vom Auftreffpunkt in einem kreisförmigen langsamer und turbulenter wird hydraulischer Sprung. Wenn die Oberfläche, auf die der Strahl auftrifft, vertikal ist, bildet dieser hydraulische Sprung ein „Seil“, das in Umfangsrichtung um den Bereich der radialen laminaren Strömung fließt. Die Physik der Strömung ist ziemlich kompliziert und kombiniert laminaren zu turbulenten Strömungsübergang, Scherviskosität, Oberflächenspannung, Schwerkraft und Wechselwirkung von Flüssigkeit mit der Wand, so dass es keine einfache Lösung geben würde. Diese physikalische Situation hat jedoch eine praktische Bedeutung und wurde daher experimentell untersucht:

Hier ist ein paar Artikel zu diesem Thema. Das obige Bild stammt aus dem ersten:

• Wang, T., Faria, D., Stevens, L. J., Tan, J. S. C., Davidson, J. F., & Wilson, D. I. (2013). Strömungsmuster und Entwässerungsfilme, die durch horizontale und geneigte kohärente Wasserstrahlen erzeugt werden, die auf vertikale Wände treffen . Chemical Engineering Science, 102, 585-601, doi: 10.1016 / j.ces.2013.08.054.

• Aouad, W., Landel, J. R., Dalziel, S. B., Davidson, J. F., & Wilson, D. I. (2016). Partikelbild-Velocimetrie und Modellierung horizontaler kohärenter Flüssigkeitsstrahlen, die auf eine vertikale Wand treffen und diese abfließen lassen . Experimental Thermal and Fluid Science, 74, 429-443, doi: 10.1016 / j.expthermflusci.2015.12.010, kostenloses PDF.

Denn wenn die Schwerkraft nicht beeinflusst würde, würde sich das Wasser auch horizontal ausbreiten, aber aufgrund der Wirkung der Schwerkraft wird die horizontale Ausbreitung im Vergleich zum anfänglichen Aufprallpunkt nach unten "gezogen".