Comment Fonctionne une cascade, Exactement?

Introduction à la physique des cascades

La deuxième loi de la thermodynamique dit que les choses tendent vers un état plus désordonné. Cela étant, qu’est-ce que la création et qu’est-ce que la destruction ? La deuxième loi dit-elle que la destruction l’emporte sur la création ? Certainement pas. C’est dire qu’il y a simplement une tendance pour que les choses se déplacent vers un état plus désordonné.

Une cascade, dans mon esprit, satisfait à la fois tous ces critères, la création et la destruction et la deuxième loi de la thermodynamique. Après tout, qu’est-ce qu’une cascade? Comment a-t-il été créé et comment fonctionne-t-il vraiment? Cet article examine ces questions en détail.

Le sommet d’une cascade : Juste le début

La création d’une cascade

Une cascade est créée lorsque l’eau de la rivière érode la terre, la roche ou le sable plus faible de son lit de ruisseau d’origine, poussant la roche de côté et avec l’écoulement de l’eau au fil du temps (généralement, des éons). Peu à peu, un plongeon dans la rivière est créé. Destruction ? Finalement, ce plongeon est devenu suffisamment important pour être appelé une « cascade »: une nouvelle création.

Il est vrai que la rivière a « détruit » ses limites d’origine – son lit d’origine et le matériau qui s’y trouvait. Ceci est conforme à la deuxième loi de la thermodynamique– les choses ont tendance à un état plus désordonné. Cet « état plus désordonné » est cependant lui-même une création à mes yeux.

La rivière d’origine a été « détruite » sur une grande période de temps, mais elle a simultanément créé quelque chose de beau: la cascade, où l’eau atteint un bord dans son lit de ruisseau, puis toute cette eau tombe de manière apparemment désordonnée sur une certaine distance avant de s’écraser au fond, puis de continuer son chemin dans son lit de rivière « nouvellement créé ».

Une cascade est un peu Comme un Billard

Pour comprendre la physique de la cascade, considérez les molécules d’eau comme des boules de billard qui se cognent.

Au fur et à mesure que chaque molécule tombe, elle se heurte à d’autres molécules d’eau et parfois de roche / minéral, jusqu’à ce qu’elle atteigne le fond et frappe, avec force en fonction de la distance à laquelle elle est tombée. Cette force a été causée par la gravité tirant la molécule rapidement vers le bas avec toutes les autres molécules d’eau du flux et certaines impuretés. Les impuretés peuvent être des minéraux érodés par le cours d’eau, peut-être même des morceaux de sable, de bois ou de feuilles ou d’autres végétaux, ou la litière de l’humanité qui flottait ou voyageait dans la partie supérieure de la rivière.

Le billard et la Physique des cascades Ont Beaucoup en commun

La Physique est Tout Autour De Nous

Le fond d’une cascade Ne Semble être que chaotique

À l’œil nu, le fond de la cascade semble être chaotique. Cependant, qu’est-ce que la molécule d’eau frappe lorsqu’elle atteint le fond, toute remplie d’énergie cinétique qu’elle a acquise grâce à la gravité et à la distance? Il frappe d’autres molécules d’eau et de minéraux qui ont récemment fait le même voyage au-dessus de la cascade, également pleines d’énergie cinétique, ou éventuellement les autres impuretés mentionnées précédemment.

Toutes ces molécules au fond de la cascade sont vues, à l’œil nu, comme une masse d’eau bouillonnante et bouillonnante qui semble aussi puissante et dangereusement destructrice / créatrice qu’elle est. Pourquoi la base de la cascade est-elle si puissante, beaucoup plus puissante que la partie régulière du ruisseau? La base de la cascade a gagné une énergie cinétique énorme dans son accélération depuis le sommet de la cascade.

Il utilise cette énergie cinétique pour créer une fosse dans le « nouveau » lit du ruisseau, au fil du temps, à la base de la cascade, car il érode les matériaux solides du sol avec une plus grande efficacité, abandonnant une partie ou la majeure partie de son énergie cinétique dans le processus.

Si une molécule particulière ne frappe pas directement la surface inférieure contenant la cascade, ou le chaudron, elle frappe une autre molécule, qui peut en frapper une autre, et ainsi de suite like tout comme les jeux de billard et de billarduntil jusqu’à ce qu’une molécule frappe finalement le fond, éventuellement avec suffisamment de force pour déloger l’une des molécules résidentes du substrat rocheux ou tout autre matériau se trouvant à l’origine au fond de la cascade.

Une molécule particulière peut également, ou plutôt, utiliser son énergie cinétique pour expulser complètement d’autres molécules d’eau du cours d’eau, créant la brume d’eau familière que la plupart d’entre nous ont ressentie sur nos visages et maudite sur nos objectifs de caméra, lorsqu’ils se tiennent en admiration au fond de la cascade. Cela s’apparenterait à une balle de billard accidentellement tirée complètement de la table — un événement quelque peu rare.

Une autre façon dont la molécule d’eau peut utiliser son énergie est de pousser plus rapidement les molécules d’eau tombées plus tôt en aval, c’est pourquoi l’eau se déplace vers l’avant: l’eau ne peut pas s’accumuler éternellement dans le chaudron créé au fond de la cascade, elle finit par manquer de place et d’énergie pour y rester, et donc elle avance dans la direction dans laquelle elle trouve la plus facile de continuer: le long du lit de la rivière.

Après la chute d’eau, la rivière Continue

Pourquoi la rivière au bas de la chute d’eau suit-elle le sommet de la cascade, même si le matériau environnant peut être plus doux et une « cible plus facile » pour que les molécules d’eau s’érodent? Parce que l’eau a déjà un grand élan dans la direction d’origine, elle aura donc tendance à continuer dans cette direction sur une certaine distance après la cascade, à moins que le substrat rocheux très dur ou un autre déviateur ne l’égare.

Plus les eaux s’éloignent de la cascade, plus elles sont généralement calmes jusqu’à ce qu’elles apparaissent comme tout autre cours d’eau compte tenu de la profondeur et de la largeur de celui-ci par rapport au débit d’eau.

Quelques mots sur l’hydroélectricité

Une centrale hydroélectrique moderne typique fonctionne grâce à la même physique que celle dont nous avons parlé ci-dessus. Il récolte une partie de l’énergie incroyable de l’eau qui tombe, en l’utilisant pour faire tourner des turbines qui, à leur tour, produisent de l’électricité pour une utilisation immédiate ou pour le stockage dans d’énormes batteries.

Dans les temps historiques, l’énergie hydraulique était utilisée pour faire tourner une roue à aubes en bois qui, à son tour, alimentait directement une scierie ou un moulin à grains. De telles choses peuvent encore être utilisées dans certaines parties des États-Unis aujourd »hui, soit comme monuments historiques, reproductions de tels, ou en usage quotidien par des communautés amish dispersées dans certaines parties des États-Unis.

Yvonne le 14 janvier 2020:

C’est tellement bon et bien écrit. Merci pour ça. La physique derrière les cascades m’a toujours semblé mystérieuse, mais elle est maintenant parfaitement claire. Lève le pouce!

Faiq en août 13, 2017:

Article très bien écrit. Veuillez expliquer la physique derrière le largage de la pointe de l’arrière d’un kayak en caoutchouc sur les eaux agitées d’une chute d’eau de 6 pieds dans le haut de l’État de Washington. Les autres personnes dans le kayak étaient simplement assises. Les vues environnantes avant mon épreuve étaient « à couper le souffle », mais quand je tombais au fond de la cascade, je pensais que toutes mes respirations étaient littéralement enlevées pour toujours. J’ai une idée générale de ce qui s’est passé, mais j’aimerais entendre votre explication dans les lois de la physique agissant sur le kayak, les réponses du kayak, ma trajectoire dans l’air et dans l’eau. Grâce.

douglas wynn en juillet 16, 2015:

je suis une fine artiste-plasticienne, principalement et aussi une étudiante en esthétique. j’essaie toujours de lire, ce qui aide dans le processus créatif de mes œuvres. je fais habituellement des paysages et récemment une cascade. je les ai déjà fait, mais j’ai aussi récemment fini de lire un livre, « art& physics » de l. shlain. j’ai été surpris de voir à quel point la physique et l’art sont vraiment étroitement liés. voulant combler un peu plus le fossé entre la cascade, mon art et la physique, j’ai pensé qu’il pourrait y avoir quelque chose sur Internet pour m’aider. merci pour vos informations. il sera très utile de combler encore plus les lacunes. sincèrement, doug. [email protected]

CraftytotheCore en octobre 12, 2013:

LOL ! : D

Laura Schneider (auteur) du Minnesota, États-Unis en octobre 12, 2013:

Merci, CraftytotheCore! — GeekytotheCore

CraftytotheCore en octobre 11, 2013:

Très intéressant. J’ai particulièrement aimé l’explication des raisons pour lesquelles l’eau avance. J’aime aussi tous les détails et la façon dont vous avez utilisé le jeu de billard comme exemple.

Laura Schneider (auteur) du Minnesota, États-Unis en septembre 21, 2013:

De rien, susi10! Merci pour le compliment! 🙂

Susan W des Îles Britanniques, Europe le 21 septembre 2013:

C’est un article très bien écrit, vous avez superbement expliqué la physique derrière une cascade, je savais comment les cascades se sont formées géographiquement mais je n’ai jamais pensé à la physique réelle derrière elle au niveau moléculaire. Merci d’avoir écrit ça, Laura!

~ Susan W.

Laura Schneider (auteur) du Minnesota, États-Unis en avril 26, 2013:

Une excellente analyse ! Merci d’avoir commenté et pour les compliments, lumen2light!

Neil Coulson de Dundee, Écosse en avril 26, 2013:

Bel article: les lois de la physique sont dérivées d’événements naturels que nous appliquons ensuite à d’autres choses. Quant à la création / destruction, en ce qui concerne la nature, je crois qu’il n’y a pas de destruction car tout se passe pour une raison. Quant à la race humaine, nous créons et détruisons et c’est la nature humaine d’appliquer notre propre théologie au fonctionnement de la nature.