Rayleigh–Taylor-instabilitás

A folyadékdinamikában (hidrodinamikában) a folyadékinstabilitási tételek közül az egyik legismertebb a Rayleigh–Taylor-féle instabilitási elv, mely különböző sűrűségű folyadékok határfelületének instabilitását írja le.

Gravitációs hullámok folyadékban

Tekintsünk egy gravitációs mezőben lévő sűrű folyadékot, amely egy kisebb sűrűségű folyadékon nyugszik. A kezdeti kiindulási feltételek hasonlóak, mint az egyszerű felszíni gravitációs hullámok esetében figyelhetünk meg. Legyenek z a folyadék magassági, h a mélységi kiterjedésére jellemző érték; a kontinuitási egyenlet alapján mondhatjuk, hogy $\nabla \centerdot u=0$ illetve ${\textstyle {\frac {\partial u}{\partial t}}+(u\nabla )u=-{\frac {1}{\rho }}\nabla P-g{\widehat {z}}}$ ami az összenyomhatatlan folyadékban való hullámterjedést írja le. Formálisan azt jelenti, hogy összenyomhatatlan folyadékban a ${\textstyle (\partial P/\partial \rho )_{s}\rightarrow \infty }$.

Alacsony folyadékszinteknél létrejövő egyensúly

Tudvalevő, hogy a vízszintes irányú mozgás a folyadék mélységi rétegeiben sokkal csekélyebb, a vízszintes sebességösszetevő itt gyakorlatilag független z-től. Miután $\partial u/\partial x$ független a h magasságtól, ennek alapján a kontinuitási függvény $\partial \xi /\partial t=-h\partial u/\partial x$szerint alakul, ahol $\xi$ a perturbáció. Az impulzus vízszintes irányú komponense pedig:

$${\frac {\partial u}{\partial t}}+u{\frac {\partial u}{\partial x}}=-g{\frac {\partial \xi }{\partial x}}$$

Ha az egyenlet bal oldalát linearizáljuk, akkor pontosan olyan kifejezést kapunk, amelyet a hanghullámok kifejtésénél láthatunk. Ekkor ugyanis a hullámok terjedési sebessége gyakorlatilag ${\sqrt {gh}}$.