¿Cómo Funciona una Cascada, Exactamente?

Introducción a la Física de las Cascadas

La segunda ley de la termodinámica dice que las cosas tienden a un estado más desordenado. Teniendo esto en cuenta, ¿qué es la creación y qué es la destrucción? ¿La segunda ley dice que la destrucción vence a la creación? Desde luego que no. Está diciendo que simplemente hay una tendencia a que las cosas se muevan hacia un estado más desordenado.

Una cascada, en mi mente, satisface todos estos criterios, creación y destrucción y la segunda ley de la termodinámica, a la vez. Después de todo, ¿qué es una cascada? ¿Cómo se creó y cómo funciona realmente? Este artículo examina estas cuestiones en detalle.

La parte superior de una cascada: Solo el principio

La creación de una cascada

Una cascada se crea cuando el agua del río erosiona la tierra, roca o arena más débiles de su lecho de arroyo original, empujando la roca a un lado y junto con el flujo de agua a lo largo del tiempo (generalmente, eones). Poco a poco, se crea un chapuzón en el río. ¿Destrucción? Con el tiempo, esa caída se hizo lo suficientemente significativa como para ser llamada una «cascada»: una nueva creación.

Es cierto que el río «destruyó» sus límites originales, su lecho de riachuelo original y el material que había en él. Esto está en conformidad con la segunda ley de la termodinámica things las cosas tienden a un estado más desordenado. Este «estado más desordenado» es, sin embargo, en sí mismo una creación en mi opinión.

El río original fue «destruido» durante un gran período de tiempo, sin embargo, creó simultáneamente algo hermoso: la cascada, donde el agua llega a un borde en su lecho de arroyo, luego toda esa agua cae de una manera aparentemente desordenada a cierta distancia antes de estrellarse en el fondo y luego continuar su camino en su lecho de río «recién creado».

Una cascada es un Poco como Billar

Para entender la física de la cascada, considere que las moléculas de agua son como bolas de billar que se golpean entre sí.

A medida que cada molécula cae, se topa con otras moléculas de agua y, a veces, de roca / mineral, hasta que llega al fondo y golpea, con fuerza dependiendo de la distancia desde la que cayó. Esta fuerza fue causada por la gravedad tirando de la molécula rápidamente hacia abajo con el resto de las moléculas de agua de la corriente y algunas impurezas. Las impurezas podrían ser minerales erosionados por el arroyo, tal vez incluso trozos de arena, madera u hojas u otra vegetación, o basura de la humanidad que flotaba o viajaba en la parte superior del río.

El billar y la Física de las Cascadas Tienen Mucho en Común

La Física está A Nuestro Alrededor

El fondo de una cascada Solo parece ser Caótico

A simple vista, el fondo de la cascada parece ser caótico. Sin embargo, ¿qué golpea la molécula de agua cuando llega al fondo, toda llena de energía cinética que ganó de la gravedad y la distancia? Golpea otras moléculas de agua y minerales que recientemente han hecho el mismo viaje sobre la cascada, también llenas de energía cinética, o posiblemente las otras impurezas mencionadas anteriormente.

Todas estas moléculas en el fondo de la cascada se ven, a simple vista, como una masa de agua turbulenta y burbujeante que parece tan poderosa y peligrosamente destructiva/creativa como es. ¿Por qué la base de la cascada es tan poderosa, mucho más poderosa que la parte regular del arroyo? La base de la cascada ha ganado una tremenda energía cinética en su aceleración hacia abajo desde la parte superior de la cascada.

Utiliza esta energía cinética para crear un pozo en el» nuevo » lecho del arroyo, con el tiempo, en la base de la cascada, ya que erosiona los materiales de tierra sólida con mayor eficiencia, renunciando a parte o la mayor parte de su energía cinética en el proceso.

Si una molécula en particular no golpea directamente la superficie inferior que contiene la cascada, o el caldero, entonces golpea a otra molécula, que puede golpear a otra, y así sucesivamente, muy parecido a los juegos de billar y billar, hasta que finalmente una molécula golpea el fondo, posiblemente con la fuerza suficiente para desalojar una de las moléculas residentes del lecho de roca o cualquier material que esté originalmente en el fondo de la cascada.

Una molécula en particular también puede, o en su lugar, usar su energía cinética para sacar a otras moléculas de agua completamente del arroyo, creando la niebla familiar de agua que la mayoría de nosotros hemos sentido en nuestras caras y maldecido en las lentes de nuestras cámaras, cuando nos paramos asombrados en el fondo de la cascada. Esto sería similar a una bola de billar disparada accidentalmente completamente fuera de la mesa, una ocurrencia algo rara.

Otra forma en la que la molécula de agua puede usar su energía es empujar las moléculas de agua caídas antes río abajo más rápido, por lo que el agua se mueve hacia adelante: el agua no puede acumularse para siempre en el caldero creado en el fondo de la cascada, eventualmente se queda sin espacio y energía para permanecer allí, y así se mueve en la dirección que encuentra más fácil de continuar: a lo largo del lecho del río.

Después de la Cascada, el Río Sigue

¿por Qué el río en la parte inferior de la cascada de ejecución en línea con la parte superior de la cascada, incluso si el material circundante podría ser más suave y un «objetivo fácil» para las moléculas de agua para erosionar? Debido a que el agua ya tiene un gran impulso en la dirección original, por lo tanto, tenderá a continuar en esa dirección durante cierta distancia después de la cascada, a menos que el lecho de roca muy duro o algún otro desviador la desvíe.

Cuanto más lejos de la cascada, por lo general, más tranquilas crecen las aguas hasta que aparecen al igual que cualquier otro arroyo dada la profundidad y la anchura de la misma con respecto al flujo de agua.

Unas palabras sobre la energía Hidroeléctrica

Una central hidroeléctrica moderna y típica funciona debido a la misma física que discutimos anteriormente. Cosecha parte de la increíble energía del agua que cae, usándola para girar turbinas que, a su vez, producen electricidad para uso inmediato o para almacenamiento en enormes baterías.

En tiempos históricos, la energía hidráulica se usaba para girar una rueda de paletas de madera que, a su vez, alimentaba directamente un aserradero o molino de granos. Tales cosas todavía se pueden encontrar en uso en partes de los Estados Unidos hoy en día, ya sea como monumentos históricos, reproducciones de tales, o en uso diario por comunidades amish dispersas a lo largo de partes de los Estados Unidos.

Yvonne el 14 de enero de 2020:

Esto está muy bien escrito. Gracias por esto. La física detrás de las cascadas siempre me ha parecido un misterio, pero ahora está perfectamente clara. ¡Pulgares arriba!

Faiq en agosto 13, 2017:

Artículo muy bien escrito. Por favor, explique la física detrás de ser desechado desde la punta de la parte posterior de un kayak de goma sobre las turbulentas aguas de una caída de agua de 6 pies en el alto estado de Washington. Las otras personas en el kayak se sentaron bonitas. Las vistas de los alrededores antes de mi terrible experiencia eran «impresionantes», pero cuando caía en el fondo de la cascada pensé que todas mis respiraciones se me habían quitado literalmente para siempre. Tengo una idea general de lo que pasó, pero me gustaría escuchar su explicación en las leyes de la física que actúan sobre el kayak, las respuestas del kayak, mi trayectoria en el aire y en el agua. Gracias.

douglas wynn en julio 16, 2015:

soy una artista plástica-visual, principalmente y también estudiante de estética. siempre trato de leer, lo que ayuda en el proceso creativo de mis obras. suelo hacer paisajes y recientemente una cascada. los he hecho antes, pero también recientemente he terminado de leer un libro, «arte & física» de l. shlain. me sorprendió ver cuán estrechamente relacionados están realmente la física y el arte. queriendo cerrar un poco más la brecha entre la cascada, mi arte y la física, pensé que podría haber algo en Internet para ayudar. gracias por su información. será muy útil para salvar las brechas aún más. sinceramente, doug. [email protected]

CraftytotheCore en octubre 12, 2013:

LOL! 😀

Laura Schneider (autor) de Minnesota, en estados UNIDOS en octubre 12, 2013:

Gracias, CraftytotheCore! — GeekytotheCore

CraftytotheCore en octubre 11, 2013:

Muy interesante. Me gustó especialmente la explicación de por qué el agua avanza. También me gustan todos los detalles y cómo usaste el juego de billar como ejemplo.

Laura Schneider (autora) desde Minnesota, EE. UU. en septiembre 21, 2013:

¡De nada, susi10! Gracias por el cumplido! :- )

Susan W de Las Islas Británicas, Europa el 21 de septiembre de 2013:

Este es un artículo muy bien escrito, ha explicado la física detrás de una cascada magníficamente, Sabía cómo se formaban las cascadas geográficamente, pero nunca pensé en la física real detrás de ella a nivel molecular. Gracias por escribir esto, Laura!

~ Susan W.

Laura Schneider (autor) de Minnesota, en estados UNIDOS en abril 26, 2013:

Un excelente análisis! Gracias por comentar y por los elogios, lumen2light!

Neil Coulson de Dundee, Escocia en abril 26, 2013:

Bonito artículo: las leyes de la física se derivan de eventos naturales que luego aplicamos a otras cosas. En cuanto a la creación / destrucción, cuando se trata de la naturaleza, creo que no hay destrucción ya que todo sucede por una razón. En cuanto a la raza humana, creamos y destruimos, y es la naturaleza humana aplicar nuestra propia teología al funcionamiento de la naturaleza.