Miten vesiputous oikein toimii?

Johdatus vesiputousten fysiikkaan

termodynamiikan toinen laki sanoo, että asiat pyrkivät epäjärjestykseen. Mikä on luominen ja mikä tuho? Sanooko toinen laki, että tuho voittaa luomisen? Ei todellakaan. Se kertoo, että asioilla on yksinkertaisesti taipumus mennä entistä sekavampaan tilaan.

vesiputous täyttää mielestäni kaikki nämä kriteerit, luomisen ja tuhon sekä termodynamiikan toisen lain kerralla. Loppujen lopuksi, mikä on vesiputous? Miten se luotiin ja miten se todella toimii? Tässä artikkelissa tarkastellaan näitä kysymyksiä yksityiskohtaisesti.

Putouksen huippu: vasta alkua

vesiputouksen synty

vesiputous syntyy, kun jokivesi syövyttää alkuperäisen puronpohjansa heikompaa maata, kiveä tai hiekkaa työntäen kallion syrjään ja veden virtauksen mukana ajan (yleensä eons) kuluessa. Vähitellen jokeen syntyy pulahdus. Tuho? Lopulta tuosta notkahduksesta tuli niin merkittävä, että sitä alettiin kutsua ”vesiputoukseksi”: uudeksi luomukseksi.

on totta, että joki ”tuhosi” alkuperäiset rajansa-alkuperäisen puron uomansa ja siinä olleen materiaalin. Tämä on termodynamiikan toisen lain mukaista. asiat ovat yleensä sekavammassa tilassa. Tämä ”epäjärjestyksellisempi tila” on kuitenkin mielestäni itsessään luomus.

alkuperäinen joki ”tuhoutui” Suuren ajan kuluessa, mutta se loi samanaikaisesti jotain kaunista: vesiputous, missä vesi saavuttaa reunan sen uomassa, niin kaikki tuo vesi putoaa näennäisesti hallitsemattomasti alas jonkin matkan päähän ennen kuin se syöksyy pohjaan ja jatkaa sitten matkaansa ”vasta luodussa” joenuomassaan.

vesiputous on vähän kuin Biljardi

ymmärtää vesiputouksen fysiikkaa, pitää vesimolekyylejä kuin biljardipalloja, jotka kolkuttelevat toisiaan.

kun kukin molekyyli putoaa, se törmää muihin veden ja joskus kiven/mineraalin molekyyleihin, kunnes se saavuttaa pohjan ja osuu, voimalla riippuen siitä, miltä etäisyydeltä se putosi. Tämä voima johtui siitä, että painovoima veti molekyyliä nopeasti alaspäin virran kaikkien muiden vesimolekyylien ja joidenkin epäpuhtauksien kanssa. Epäpuhtaudet saattoivat olla virran kuluttamia mineraaleja, ehkä jopa hiekan, puun tai lehtien tai muun kasvillisuuden palasia tai ihmiskunnan kariketta, joka kellui tai kulki joen yläjuoksulla.

biljardilla ja vesiputousten fysiikalla on paljon yhteistä

fysiikka on kaikkialla ympärillämme

vesiputouksen pohja näyttää vain kaoottiselta

paljaalle silmälle, vesiputouksen pohja näyttää kaoottiselta. Mutta mihin vesimolekyyli sitten osuu, kun se saavuttaa pohjan ja on täynnä painovoimasta ja etäisyydestä saamaansa liike-energiaa? Se osuu muihin vesi-ja mineraalimolekyyleihin, jotka ovat äskettäin tehneet saman matkan vesiputouksen yli, joka on myös täynnä liike-energiaa tai mahdollisesti muita aiemmin mainittuja epäpuhtauksia.

kaikki nämä vesiputouksen pohjalla olevat molekyylit nähdään paljaalla silmällä mätänevänä, kuplivana vesimassana, joka näyttää yhtä voimakkaalta ja vaarallisen tuhoisalta/luovalta kuin se onkin. Miksi vesiputouksen pohja on niin voimakas, paljon voimakkaampi kuin virran säännöllinen osa? Putouksen pohja on saanut valtavan liike-energian kiihtyessään Putouksen huipulta alas.

se käyttää tätä liike-energiaa luodakseen kuopan ”uuteen” virtapenkkaan, ajan myötä, vesiputouksen juurelle, koska se kuluttaa kiinteitä pohjamateriaaleja tehokkaammin ja luovuttaa prosessissa osan tai suurimman osan liike-energiastaan.

jos jokin tietty molekyyli ei osu suoraan vedenpinnan alapintaan, joka sisältää vesiputouksen tai padan, niin se osuu toiseen molekyyliin, joka voi osua toiseen, ja niin edelleen-hyvin pitkälti biljardin ja biljardin pelien tapaan-kunnes lopulta molekyyli osuu pohjaan, mahdollisesti niin suurella voimalla, että se voi irrottaa yhden kallioperän residenttimolekyyleistä tai mitä tahansa ainetta, joka on alun perin vesiputouksen pohjalla.

tietty molekyyli saattaa myös, tai sen sijaan, käyttää liike-energiaansa muiden vesimolekyylien tönäisemiseen kokonaan pois virrasta, luoden sen tutun vesisumun, jonka useimmat meistä ovat tunteneet kasvoillamme ja kironneet kameralinsseihimme, kun seisomme kunnioittavasti vesiputouksen pohjalla. Tämä olisi verrattavissa siihen, että biljardipallo ammuttaisiin vahingossa kokonaan pöydältä, mikä on jokseenkin harvinaista.

toinen tapa, jolla vesimolekyyli voi käyttää energiaansa, on työntää aiemmin pudonneita vesimolekyylejä alavirtaan nopeammin, minkä vuoksi vesi siirtyy eteenpäin: vesi ei voi kerätä ikuisesti vesiputouksen pohjalle luotuun pataan, lopulta siltä loppuu tila ja energia jäädä sinne, ja niin se etenee siihen suuntaan, johon se löytää helpoimman edetä: joen uomaa pitkin.

vesiputouksen jälkeen joki jatkuu

miksi vesiputouksen pohjalla oleva joki kulkee linjassa vesiputouksen huipun kanssa, vaikka ympäröivä aines voisi olla pehmeämpää ja ”helpompi kohde” vesimolekyylien rapautumiselle? Koska vedellä on jo suuri liikevoima alkuperäiseen suuntaan, niin sen vuoksi sillä on taipumus jatkaa siihen suuntaan jonkin matkaa vesiputouksen jälkeen, ellei erittäin kova kallioperä tai jokin muu Kääntäjä Käännä sitä harhaan.

mitä kauempana Putouksesta on, sitä rauhallisemmaksi vedet yleensä kasvavat, kunnes ne näkyvät aivan kuten mikä tahansa muu puro ottaen huomioon sen syvyyden ja leveyden suhteessa veden virtaamaan.

muutama sana vesivoimasta

tyypillinen, nykyaikainen vesivoimalaitos toimii saman fysiikan vuoksi kuin edellä. Se kerää osan putoavan veden uskomattomasta energiasta kääntämällä turbiineja, jotka vuorostaan tuottavat sähköä välittömään käyttöön tai varastoitavaksi valtaviin akkuihin.

historiallisina aikoina hydraulisella voimalla käännettiin puinen melapyörä, joka vuorostaan pyöritti suoraan sahaa tai viljamyllyä. Tällaisia esineitä voi yhä olla käytössä joissakin osissa Yhdysvaltoja, joko historiallisina maamerkkeinä, niiden jäljennöksinä tai hajallaan olevien amissiyhteisöjen päivittäisessä käytössä eri puolilla Yhdysvaltoja.

Yvonne 14. tammikuuta 2020:

tämä on niin hyvä ja hyvin kirjoitettu. Kiitos tästä. Fysiikka vesiputousten takana on aina tuntunut mysteeriltä, mutta nyt se on täysin selvää. Peukut pystyyn!

Faiq Elokuussa 13, 2017:

erittäin hienosti kirjoitettu artikkeli. Selitä fysiikka takana on jetisoned kärjestä takana kuminen kajakki yli roiling vesillä 6 jalkaa vesi pudota ylä-Washington State. Muut ihmiset kajakissa vain istuivat nätisti. Ympäröivät näkymät ennen koettelemustani olivat ”henkeäsalpaavat”, mutta kun pyllähdin vesiputouksen pohjalla, ajattelin, että kaikki henkäykseni kirjaimellisesti otettiin pois ikuisiksi ajoiksi. Minulla on yleinen käsitys siitä, mitä tapahtui, mutta haluaisin kuulla selityksesi fysiikan laeista, jotka vaikuttavat kajakkiin, kajakin reaktioihin, lentorataani ilmassa ja vedessä. Ansiosta.

douglas wynn heinäkuussa 16, 2015:

olen hieno taiteilija-visuaalinen, enimmäkseen ja myös estetiikan opiskelija. yritän aina lukea, mikä auttaa teosteni luovassa prosessissa. teen yleensä maisemia ja viime aikoina vesiputouksen. olen tehnyt niitä ennenkin, mutta olen myös hiljattain saanut luettua l. shlainin kirjoittaman kirjan”art & physics”. olin yllättynyt siitä, miten läheisesti fysiikka ja taide todella liittyvät toisiinsa. koska halusin kuroa vesiputouksen, taiteeni ja fysiikkani välistä kuilua umpeen, ajattelin, että Internetistä voisi löytyä jotain apua. kiitos tiedoistanne. se tulee erittäin kätevä siltana aukkoja vielä enemmän. vilpittömästi, doug. [email protected]

Craftytotecore lokakuussa 12, 2013:

LOL! 😀

Laura Schneider (kirjailija) Minnesotasta, Yhdysvalloista lokakuussa 12, 2013:

Kiitos, CraftytotheCore! — GeekytotheCore

CraftytotheCore Lokakuussa 11, 2013:

mielenkiintoista. Pidin erityisesti selityksestä, miksi vesi liikkuu eteenpäin. Pidän myös kaikista yksityiskohdista ja siitä, miten käytit biljardia esimerkkinä.

Laura Schneider (kirjailija) Minnesotasta, Yhdysvalloista syyskuussa 21, 2013:

eipä kestä, susi10! Kiitos kohteliaisuudesta! :- )

Susan W Britteinsaarilta, Eurooppa 21. syyskuuta 2013:

tämä on erittäin hyvin kirjoitettu artikkeli, olet selittänyt fysiikan vesiputouksen takana erinomaisesti, tiesin miten vesiputoukset muodostuvat maantieteellisesti, mutta en koskaan ajatellut todellista fysiikkaa sen takana molekyylitasolla. Kiitos, että kirjoitit tämän, Laura!

~ Susan W.

Laura Schneider (kirjailija) Minnesotasta, Yhdysvalloista huhtikuussa 26, 2013:

erinomainen analyysi! Kiitos kommentoinnista ja kehuista, lumen2light!

Neil Coulson Dundeesta, Skotlannista huhtikuussa 26, 2013:

kiva artikkeli: fysiikan lait ovat peräisin luonnonilmiöistä, joita sitten sovellamme muihin asioihin. Mitä tulee luomiseen/tuhoamiseen, kun on kyse luonnosta, uskon, että tuhoa ei ole, koska kaikki tapahtuu syystä. Mitä ihmisrotuun tulee, me luomme ja tuhoamme, ja ihmisluontoon kuuluu soveltaa omaa teologiaamme luonnon toimintaan.