Hogyan működik egy vízesés, pontosan?

Bevezetés a vízesések fizikájába

a termodinamika második törvénye azt mondja, hogy a dolgok rendezetlen állapotba kerülnek. Mi a teremtés és mi a pusztítás? A második törvény azt mondja, hogy a pusztítás győz a teremtés felett? Természetesen nem. Azt mondja, hogy egyszerűen van egy tendencia, hogy a dolgok egy rendezetlenebb állapot felé mozdulnak el.

egy vízesés, véleményem szerint, megfelel ezeknek a kritériumoknak, a teremtésnek és a pusztításnak, valamint a termodinamika második főtételének egyszerre. Végül is, mi a vízesés? Hogyan jött létre, és hogyan működik valójában? Ez a cikk részletesen megvizsgálja ezeket a kérdéseket.

a vízesés teteje: csak a kezdet

a vízesés létrehozása

a vízesés akkor jön létre, amikor a folyóvíz erodálja az eredeti patakmeder gyengébb földjét, szikláját vagy homokját, félretolva a sziklát és a víz áramlásával együtt az idő múlásával (általában eonok). Fokozatosan létrejön a folyóba merülés. Pusztítás? Végül ez a merülés elég jelentős lett ahhoz, hogy “vízesésnek” hívják: új alkotás.

igaz, hogy a folyó “elpusztította” eredeti határait-az eredeti patakmederét és a benne lévő anyagot. Ez megfelel a termodinamika második főtételének-a dolgok rendezetlenebb állapotba kerülnek. Ez a “rendezetlenebb állapot” azonban véleményem szerint maga is teremtés.

az eredeti folyót nagy idő alatt “elpusztították”, ugyanakkor egyszerre teremtett valami szépet: a vízesés, ahol a víz eléri a patakmeder szélét, akkor az összes víz látszólag rendezetlen módon esik le bizonyos távolságra, mielőtt az aljára csapódna, majd folytatja útját az “újonnan létrehozott” medrében.

a vízesés egy kicsit olyan, mint a biliárd

a vízesés fizikájának megértéséhez vegye figyelembe a vízmolekulákat, mint a biliárdgolyók, amelyek egymást kopogtatják.

ahogy minden molekula leesik, beleütközik más víz – és néha kőzet – / ásványmolekulákba, amíg el nem éri az alját, és el nem éri, attól függően, hogy milyen távolságból esett le. Ezt az erőt az okozta, hogy a gravitáció gyorsan lefelé húzta a molekulát a patak összes többi vízmolekulájával és néhány szennyeződéssel együtt. A szennyeződések ásványi anyagok lehetnek, amelyeket a patak erodál, talán még homokdarabok is, fa vagy levelek vagy más növényzet, vagy az emberiség alomja, amely a folyó felső részén lebegett vagy haladt.

biliárd és a fizika vízesések sok közös

a fizika körülöttünk van

a vízesés alja szabad szemmel csak kaotikusnak tűnik

, a vízesés alja kaotikusnak tűnik. De mit ér a vízmolekula, amikor eléri az alját, tele van kinetikus energiával, amelyet a gravitációból és a távolságból nyert? Más víz-és ásványi molekulákat is eltalál, amelyek a közelmúltban ugyanazt az utat tették meg a vízesés felett, amely szintén tele van kinetikus energiával, vagy esetleg a korábban említett egyéb szennyeződésekkel.

ezeket a molekulákat a vízesés alján szabad szemmel egy forgó, buborékoló víztömegnek tekintik,amely ugyanolyan erősnek és veszélyesen rombolónak/kreatívnak tűnik, mint amilyen. Miért olyan erős a vízesés alapja, sokkal erősebb, mint a patak szokásos része? A vízesés alapja óriási kinetikus energiát nyert a vízesés tetejétől lefelé történő gyorsulása során.

ezt a kinetikus energiát arra használja, hogy egy gödröt hozzon létre az “új” patakmederben, az idő múlásával, a vízesés tövében, mivel nagyobb hatékonysággal erodálja a szilárd talajanyagokat, feladva mozgási energiájának egy részét vagy nagy részét a folyamat során.

ha egy adott molekula nem ütközik közvetlenül a vízesést vagy üstöt tartalmazó alsó felületbe, akkor egy másik molekulába ütközik, amely eltalálhat egy másikat, és így tovább-nagyon hasonlóan a biliárd-és biliárdjátékokhoz -, míg végül egy molekula eléri az alját, valószínűleg elegendő erővel ahhoz, hogy kiszorítsa az alapkőzet egyik rezidens molekuláját vagy bármilyen anyagot, amely eredetileg a vízesés alján található.

egy adott molekula kinetikus energiáját arra is felhasználhatja, hogy más vízmolekulákat teljesen kiüssön a patakból, létrehozva azt az ismerős vízköd-ködöt, amelyet a legtöbben éreztünk az arcunkon, és átkoztak a kamera lencséin, amikor a vízesés alján félelemben állunk. Ez olyan lenne, mintha egy biliárdgolyót véletlenül teljesen lelőttek volna az asztalról—ez kissé ritka eset.

a vízmolekula energiájának felhasználásának másik módja az, hogy a korábban elesett vízmolekulákat gyorsabban tolja lefelé, ezért a víz tovább mozog: a víz nem gyűlhet össze örökké a vízesés alján létrehozott üstben, végül elfogy a hely és az energia, hogy ott maradjon, ezért továbbhalad abba az irányba, amelyben a legkönnyebben halad: a folyómeder mentén.

a vízesés után a folyó folytatódik

miért fut a folyó a vízesés alján egy vonalban a vízesés tetejével, még akkor is, ha a környező anyag lágyabb és a vízmolekulák “könnyebb célpontja” lehet? Mivel a víznek már nagy lendülete van az eredeti irányban, ezért a vízesés után bizonyos távolságra továbbra is ebben az irányban halad, kivéve, ha nagyon kemény alapkőzet vagy más terelő tévútra fordítja.

minél távolabb van a vízesés, általában annál nyugodtabb a víz, amíg meg nem jelenik, mint bármely más patak, figyelembe véve a vízhozam mélységét és szélességét.

néhány szó a Vízerőműről

egy tipikus, modern vízerőmű ugyanazon fizika miatt működik, amelyet fent tárgyaltunk. A leeső víz hihetetlen energiájának egy részét betakarítja, turbinák forgatására használja, amelyek viszont villamos energiát termelnek azonnali felhasználásra vagy hatalmas akkumulátorokban történő tárolásra.

a történelmi időkben hidraulikus energiát használtak egy fa lapátkerék elforgatására, amely viszont közvetlenül hajtott egy fűrészmalmot vagy gabonamalmot. Ilyen dolgok ma is megtalálhatók az Egyesült Államok egyes részein, akár történelmi tereptárgyakként, ezek reprodukciói, vagy szétszórt Amish közösségek napi használatában az Egyesült Államok egyes részein.

Yvonne 14. Január 2020-én:

ez nagyon jó és jól megírt. Köszönöm ezt. A vízesések mögötti fizika számomra mindig rejtélynek tűnt, de most már teljesen világos. Remek fel!

Faiq augusztusban 13, 2017:

nagyon szépen megírt cikk. Kérjük, magyarázza el a fizikát, amely mögött egy gumi kajak hátuljának hegyéről kidobták a 6 láb víz esik Washington felső államában. A többi ember a kajakban csak szépen ült. A megpróbáltatásom előtti környező kilátások “lélegzetelállítóak” voltak, de amikor a vízesés alján bukdácsoltam, azt hittem, hogy minden lélegzetemet szó szerint örökre elvették. Van egy általános elképzelésem arról, hogy mi történt, de szeretném hallani a magyarázatot a kajakra ható fizikai törvényekben, a kajak válaszaiban, a levegőben és a vízben való pályámban. Kösz.

douglas Wynn júliusban 16, 2015:

képzőművész vagyok-vizuális, többnyire esztétika hallgató is. mindig megpróbálok olvasni, ami segít a munkáim kreatív folyamatában. általában tájképeket készítek, mostanában pedig vízesést. korábban már csináltam őket, de nemrégiben befejeztem L. shlain”art & physics” című könyvének olvasását is. meglepődtem, hogy milyen szorosan kapcsolódik a fizika és a művészet. kicsit át akartam hidalni a szakadékot a vízesés, a művészet és a fizika között, gondoltam, hogy lehet valami az interneten, ami segíthet. köszönjük az információt. ez nagyon hasznos lesz, még jobban áthidalva a réseket. tisztelettel, doug. [email protected]

CraftytotheCore októberben 12, 2013:

LOL! 😀

Laura Schneider (szerző) Minnesota, USA októberben 12, 2013:

köszönöm, CraftytotheCore! — GeekytotheCore

CraftytotheCore októberben 11, 2013:

nagyon érdekes. Különösen tetszett a magyarázat, hogy miért mozog a víz. Én is szeretem az összes részletet, és hogyan használta a biliárd játék példaként.

Laura Schneider (szerző) Minnesota, USA szeptemberben 21, 2013:

szívesen, susi10! Köszönöm a bókot! :- )

Susan W A Brit-szigetek, Európa szeptember 21, 2013:

ez egy nagyon jól megírt cikk, kiválóan elmagyarázta a vízesés mögötti fizikát, tudtam, hogyan alakultak ki a vízesések földrajzilag, de soha nem gondoltam a tényleges fizikára molekuláris szinten. Köszönöm, hogy megírtad ezt, Laura!

~ Susan W.

Laura Schneider (szerző) Minnesota, USA áprilisban 26, 2013:

kiváló elemzés! Köszönöm a hozzászólást és a bókokat, lumen2light!

Neil Coulson a skóciai Dundee-ból áprilisban 26, 2013:

szép cikk: a fizika törvényei a természeti eseményekből származnak, amelyeket aztán más dolgokra is alkalmazunk. Ami a teremtést/pusztítást illeti, amikor a természetről van szó, úgy gondolom, hogy nincs pusztítás, mivel minden okkal történik. Ami az emberi fajt illeti, mi teremtünk és pusztítunk, és az emberi természet saját teológiánkat alkalmazza a természet működésére.