Hvordan fungerer et vandfald nøjagtigt?

Introduktion til vandfaldets fysik

termodynamikens anden lov siger, at tingene har tendens til en mere uordnet tilstand. Hvad er skabelse og hvad er ødelæggelse? Siger den anden lov, at ødelæggelse vinder over skabelsen? Bestemt ikke. Det siger, at der simpelthen er en tendens til, at tingene bevæger sig mod en mere uordnet tilstand.

et vandfald opfylder efter min mening alle disse kriterier, skabelse og ødelæggelse og termodynamikens anden lov på en gang. Hvad er et vandfald? Hvordan blev det oprettet, og hvordan fungerer det virkelig? Denne artikel undersøger disse spørgsmål i detaljer.

toppen af et vandfald: bare begyndelsen

oprettelsen af et vandfald

et vandfald oprettes, når flodvand eroderer den svagere jord, klippe eller sand i dets oprindelige strømbed, skubber Klippen til side og sammen med vandstrømmen over tid (generelt eoner). Gradvist skabes en dukkert i floden. Ødelæggelse? Til sidst blev den dip betydelig nok til at blive kaldt et “vandfald”: en ny skabelse.

det er rigtigt, at floden “ødelagde” sine oprindelige grænser-sin oprindelige strømbed og materialet der var i den. Dette er i overensstemmelse med termodynamikens anden lov-ting har tendens til en mere uordnet tilstand. Denne “mere uordnede tilstand” er imidlertid i sig selv en skabelse efter min mening.

den oprindelige flod blev “ødelagt” over en stor periode, men den skabte samtidig noget smukt: vandfaldet, hvor vand når en kant i sin strømbed, falder alt dette vand på en tilsyneladende uordenlig måde ned et stykke, før det styrter ned i bunden og derefter fortsætter på vej i sin “nyoprettede” flodleje.

et vandfald er lidt som billard

for at forstå vandfaldets fysik skal du overveje vandmolekyler som billardkugler og banke hinanden om.

når hvert molekyle falder, støder det ind i andre vandmolekyler og undertiden af sten/mineral, indtil det når bunden og rammer, med kraft afhængigt af afstanden, hvorfra det faldt. Denne kraft var forårsaget af tyngdekraften trækker molekylet hurtigt nedad med alle resten af strømmen molekyler af vand og nogle urenheder. Urenheder kan være mineraler eroderet af strømmen, måske endda stykker sand, træ eller blade eller anden vegetation, eller menneskehedens kuld, der flydede eller rejste langs i den øverste del af floden.

billard og vandfaldets fysik har meget til fælles

fysik er overalt omkring os

bunden af et vandfald ser kun ud til at være kaotisk

for det blotte øje ser bunden af vandfaldet ud til at være kaotisk. Men hvad rammer vandmolekylet, når det når bunden, alt sammen fyldt med kinetisk energi, det fik fra tyngdekraften og afstanden? Det rammer andre vand-og mineralmolekyler, der for nylig har foretaget den samme tur over vandfaldet, også fuld af kinetisk energi, eller muligvis de andre urenheder, der er nævnt tidligere.

alle disse molekyler i bunden af vandfaldet ses med det blotte øje som en rystende, boblende masse vand, der ser så kraftig og farligt destruktiv/kreativ ud som den er. Hvorfor er vandfaldets bund så meget kraftig, meget kraftigere end den almindelige del af strømmen? Bunden af vandfaldet har fået en enorm kinetisk energi i sin acceleration ned fra toppen af vandfaldet.

det bruger denne kinetiske energi til at skabe en pit i den “nye” strømbed over tid ved bunden af vandfaldet, da det eroderer de faste grundmaterialer med større effektivitet og opgiver noget eller det meste af sin kinetiske energi i processen.

hvis et bestemt molekyle ikke direkte rammer bundfladen, der indeholder vandfaldet eller kedlen, så rammer det et andet molekyle, som kan ramme et andet osv. – meget ligesom billard og pool-indtil endelig et molekyle rammer bunden, muligvis med tilstrækkelig kraft til at fjerne et af de hjemmehørende molekyler af grundfjeld eller hvilket materiale der oprindeligt er i bunden af vandfaldet.

et bestemt molekyle kan også eller i stedet bruge sin kinetiske energi til at støde andre vandmolekyler helt ud af strømmen og skabe den velkendte tåge af vand, som de fleste af os har følt på vores ansigter og forbandet på vores kameralinser, når de står i ærefrygt i bunden af vandfaldet. Dette ville være beslægtet med en billardkugle, der ved et uheld blev skudt helt ud af bordet—en noget sjælden begivenhed.

en anden måde, hvorpå vandmolekylet kan bruge sin energi, er at skubbe de tidligere faldne vandmolekyler nedstrøms hurtigere, hvorfor vandet bevæger sig fremad: vand kan ikke samle sig for evigt i den kedel, der er skabt i bunden af vandfaldet, til sidst løber det tør for plads og energi til at forblive der, og så går det videre i den retning, det finder nemmest at fortsætte i: langs flodlejet.

efter vandfaldet fortsætter floden

Hvorfor løber floden i bunden af vandfaldet på linje med toppen af vandfaldet, selvom det omgivende materiale måske er blødere og et “lettere mål” for vandmolekylerne at erodere? Fordi vandet allerede har stor fart i den oprindelige retning, vil det derfor have en tendens til at fortsætte i den retning i nogen afstand efter vandfaldet, medmindre meget hårdt grundfjeld eller en anden omleder vender det på afveje.

jo længere væk fra vandfaldet, jo roligere vokser vandet, indtil de ser ud som enhver anden strøm i betragtning af dybden og bredden af den med hensyn til vandstrømmen.

et par ord om vandkraft

et typisk, moderne vandkraftværk fungerer på grund af den samme fysik, som vi diskuterede ovenfor. Det høster noget af den utrolige energi fra faldende vand ved at bruge det til at dreje turbiner, der igen producerer elektricitet til øjeblikkelig brug eller til opbevaring i enorme batterier.

i historisk tid blev hydraulisk kraft brugt til at dreje et træskovlhjul, som igen direkte drev en Savmølle eller kornmølle. Sådanne ting kan stadig findes i brug i dele af USA i dag, enten som historiske vartegn, reproduktioner af sådanne eller i daglig brug af spredte Amish-samfund i dele af USA.

Yvonne den 14. januar 2020:

dette er så godt og godt skrevet. Tak for det her. Fysikken bag vandfald har altid virket som mysterium for mig, men det er nu helt klart. Thumbs up!

Faik den August 13, 2017:

meget pænt skrevet artikel. Forklar venligst fysikken bag at blive jettisoned fra spidsen af bagsiden af en gummi kajak over roiling farvande i en 6 fødder vand falder i øvre delstat. De andre mennesker i kajakken sad bare smukke. De omkringliggende udsigter før min prøvelse var” betagende”, men da jeg tumlede i bunden af vandfaldet, troede jeg, at alle mine vejrtrækninger bogstaveligt talt blev taget væk for evigt. Jeg har en generel ide om, hvad der skete, men vil gerne høre din forklaring i fysik love, der virker på kajakken, kajak svar, min bane i luft og i vand. Takket.

juli 16, 2015:

jeg er en fin kunstner-visuel, for det meste og også en studerende af æstetik. jeg forsøger altid at læse, hvilket hjælper i den kreative proces af mine værker. jeg plejer at lave landskaber og for nylig et vandfald. jeg har gjort dem før, men også for nylig er færdig med at læse en bog, “art & fysik” af l. shlain. jeg var overrasket over at se, hvor tæt beslægtet fysik og kunst virkelig er. ønsker at bygge bro over kløften lidt mere mellem vandfaldet, min kunst og fysik regnede jeg med, at der måske var noget på internettet til at hjælpe. tak for dine oplysninger. det vil komme meget praktisk at bygge bro over hullerne endnu mere. med venlig hilsen, doug. [email protected]

CraftytotheCore i oktober 12, 2013:

LOL! : D

Laura Schneider (forfatter) fra Minnesota, USA den Oktober 12, 2013:

Tak, CraftytotheCore! — GeekytotheCore

CraftytotheCore den Oktober 11, 2013:

meget interessant. Jeg kunne især godt lide forklaringen på, hvorfor vand bevæger sig fremad. Jeg kan også godt lide alle detaljer, og hvordan du brugte spillet billard som et eksempel.

Laura Schneider (forfatter) fra Minnesota, USA den September 21, 2013:

du er velkommen, susi10! Tak for komplimentet! :- )

Susan V fra de britiske øer, Europa den 21. September 2013:

dette er en meget velskrevet artikel, du har forklaret fysikken bag et vandfald fremragende, jeg vidste, hvordan vandfald blev dannet geografisk, men jeg tænkte aldrig på den faktiske fysik bag det på molekylært niveau. Tak for at skrive dette, Laura!

~ Susan V.

Laura Schneider (forfatter) fra Minnesota, USA den April 26, 2013:

en fremragende analyse! Tak for din kommentar og for komplimenterne, lumen2light!

Neil Coulson fra Dundee, Skotland den April 26, 2013:

dejlig artikel: fysikkens love er afledt af naturlige begivenheder, som vi derefter anvender på andre ting. Hvad angår skabelse / ødelæggelse, når det kommer til naturen, tror jeg, at der ikke er nogen ødelæggelse, da alt sker af en grund. Hvad angår den menneskelige race, skaber og ødelægger vi, og det er menneskets natur at anvende vores egen teologi på naturens arbejde.