Come funziona una cascata, esattamente?

Introduzione alla fisica delle cascate

La seconda legge della termodinamica dice che le cose tendono verso uno stato più disordinato. Detto questo, cos’è la creazione e cos’è la distruzione? La seconda legge dice che la distruzione vince sulla creazione? Certamente no. Sta dicendo che c’è semplicemente una tendenza per le cose a muoversi verso uno stato più disordinato.

Una cascata, nella mia mente, soddisfa tutti questi criteri, creazione e distruzione e la seconda legge della termodinamica, allo stesso tempo. Dopo tutto, cos’è una cascata? Come è stato creato e come funziona davvero? Questo articolo esamina questi problemi in dettaglio.

Cima di una Cascata: Solo l’Inizio

La Creazione di una Cascata

Una cascata viene creato quando le acque del fiume erode il più debole, terra, roccia, sabbia o del suo flusso originale letto, spingendo la roccia da parte e, insieme con il flusso di acqua nel corso del tempo (in genere, eoni). A poco a poco, viene creato un tuffo nel fiume. Distruzione? Alla fine, quel tuffo divenne abbastanza significativo da essere chiamato “cascata”: una nuova creazione.

È vero che il fiume ha “distrutto” i suoi confini originali-il suo letto di flusso originale e il materiale che era in esso. Questo è in conformità con la seconda legge della termodinamica tend le cose tendono a uno stato più disordinato. Questo “stato più disordinato” è, tuttavia, di per sé una creazione a mio avviso.

Il fiume originale è stato “distrutto” per un grande periodo di tempo, tuttavia ha creato contemporaneamente qualcosa di bello: la cascata, dove l’acqua raggiunge un bordo nel suo letto del torrente, poi tutta quell’acqua cade in modo apparentemente disordinato giù per una certa distanza prima di schiantarsi sul fondo e poi continuare sulla sua strada nel suo letto del fiume “appena creato”.

Una cascata è un po ‘ come il biliardo

Per capire la fisica della cascata, considera le molecole d’acqua come palle da biliardo, che si battono a vicenda.

Mentre ogni molecola cade, si scontra con altre molecole d’acqua e talvolta di roccia/minerale, fino a raggiungere il fondo e colpire, con forza a seconda della distanza da cui è caduta. Questa forza è stata causata dalla gravità che tira rapidamente la molecola verso il basso con tutto il resto delle molecole d’acqua del flusso e alcune impurità. Le impurità potrebbero essere minerali erosi dal flusso, forse anche pezzi di sabbia, legno o foglie o altra vegetazione, o rifiuti dell’umanità che galleggiava o viaggiava lungo la parte superiore del fiume.

Il biliardo e la fisica delle cascate hanno molto in comune

La fisica è tutto intorno a noi

Il fondo di una cascata Sembra solo essere caotico

Ad occhio nudo, il fondo della cascata sembra essere caotico. Tuttavia, cosa colpisce la molecola d’acqua quando raggiunge il fondo, tutto pieno di energia cinetica acquisita dalla gravità e dalla distanza? Colpisce altre molecole di acqua e minerali che hanno recentemente fatto lo stesso viaggio sopra la cascata, anch’essa piena di energia cinetica, o forse le altre impurità menzionate in precedenza.

Tutte queste molecole sul fondo della cascata sono viste, ad occhio nudo, come una massa d’acqua turbolenta e gorgogliante che sembra potente e pericolosamente distruttiva/creativa. Perché la base della cascata è così potente, molto più potente della parte normale del flusso? La base della cascata ha guadagnato enorme energia cinetica nella sua accelerazione verso il basso dalla cima della cascata.

Utilizza questa energia cinetica per creare una fossa nel “nuovo” letto del torrente, nel tempo, alla base della cascata, poiché erode i materiali solidi del terreno con maggiore efficienza, rinunciando ad una parte o alla maggior parte della sua energia cinetica nel processo.

Se una particolare molecola non direttamente colpito la superficie inferiore contenente la cascata, o calderone, poi colpisce un’altra molecola, che può colpire un altro, e così via, molto simile a giochi di biliardo e piscina-fino a quando finalmente una molecola colpisce la parte inferiore, possibilmente con una forza sufficiente per rimuovere uno dei residenti molecole di roccia o altro materiale è stato originariamente alla base della cascata.

Una particolare molecola può anche, o invece, utilizzare la sua energia cinetica per urtare altre molecole d’acqua completamente fuori dal flusso, creando la nebbia familiare di acqua che la maggior parte di noi hanno sentito sui nostri volti, e maledetto sulle nostre lenti della fotocamera, quando in piedi in soggezione sul fondo della cascata. Questo sarebbe simile a una palla da biliardo essere accidentalmente sparato completamente fuori dal tavolo-un evento un po ‘ raro.

Un altro modo in cui la molecola d’acqua può usare la sua energia è quello di spingere le molecole d’acqua cadute in precedenza a valle più velocemente, motivo per cui l’acqua si muove in avanti: l’acqua non può raccogliersi per sempre nel calderone creato sul fondo della cascata, alla fine esaurisce lo spazio e l’energia per rimanere lì, e così si muove nella direzione in cui trova più facile procedere: lungo il letto del fiume.

Dopo la Cascata, il Fiume Continua

Perché il fiume in fondo alla cascata di eseguire, in linea con la parte superiore della cascata, anche se il materiale circostante potrebbe essere più morbida e una più “facile bersaglio” per le molecole di acqua a erodere? Poiché l’acqua ha già un grande slancio nella direzione originale, quindi tenderà a continuare in quella direzione per una certa distanza dopo la cascata, a meno che la roccia molto dura o qualche altro deviatore non la devii.

Più lontano dalla cascata, generalmente più calme le acque crescono fino a apparire come qualsiasi altro flusso data la profondità e l’ampiezza di esso rispetto al flusso d’acqua.

Qualche parola sull’energia idroelettrica

Una centrale idroelettrica tipica e moderna funziona a causa della stessa fisica di cui abbiamo discusso sopra. Raccoglie parte dell’incredibile energia dell’acqua che cade, usandola per trasformare turbine che, a loro volta, producono elettricità per un uso immediato o per lo stoccaggio in enormi batterie.

In tempi storici, la potenza idraulica veniva utilizzata per girare una ruota a pale di legno che, a sua volta, alimentava direttamente una segheria o un mulino per cereali. Tali cose possono ancora essere trovati in uso in alcune parti degli Stati Uniti oggi, sia come punti di riferimento storici, riproduzioni di tali, o in uso quotidiano da parte delle comunità Amish sparsi in tutto porzioni degli Stati Uniti.

Yvonne il 14 gennaio 2020:

Questo è così buono e ben scritto. Grazie per questo. La fisica dietro le cascate mi è sempre sembrata un mistero, ma ora è perfettamente chiara. Pollice in su!

Faiq il mese di agosto 13, 2017:

Articolo molto ben scritto. Si prega di spiegare la fisica dietro essere gettati dalla punta della parte posteriore di un kayak di gomma sopra le acque roiling di un 6 piedi di acqua caduta in upper Washington State. Le altre persone nel kayak si sono appena sedute abbastanza. I panorami circostanti prima del mio calvario erano “mozzafiato”, ma quando stavo cadendo sul fondo della cascata ho pensato che tutti i miei respiri fossero letteralmente portati via per sempre. Ho un’idea generale di quello che è successo, ma vorrei sentire la tua spiegazione nelle leggi della fisica che agiscono sul kayak, le risposte del kayak, la mia traiettoria in aria e in acqua. Grazie.

douglas wynn luglio 16, 2015:

sono un bravo artista-visivo, soprattutto e anche uno studente di estetica. cerco sempre di leggere, il che aiuta nel processo creativo delle mie opere. di solito faccio paesaggi e recentemente una cascata. li ho fatti prima, ma anche di recente ho finito di leggere un libro, “art & physics” di l. shlain. sono rimasto sorpreso di vedere quanto siano strettamente legate la fisica e l’arte. volendo colmare il divario un po ‘ di più tra la cascata, la mia arte e la fisica ho pensato che ci potrebbe essere qualcosa su Internet per aiutare. grazie per le informazioni. sarà molto utile colmare le lacune ancora di più. sinceramente, doug. [email protected]

CraftytotheCore ottobre 12, 2013:

LOL! : D

Laura Schneider (autore) dal Minnesota, USA il mese di ottobre 12, 2013:

Grazie, CraftytotheCore! — GeekytotheCore

CraftytotheCore ottobre 11, 2013:

Molto interessante. Mi è piaciuta soprattutto la spiegazione del perché l’acqua si muove in avanti. Mi piacciono anche tutti i dettagli e come hai usato il gioco del biliardo come esempio.

Laura Schneider (autore) da Minnesota, USA il settembre 21, 2013:

Non c’è di che, susi10! Grazie per il complimento! :- )

Susan W dalle Isole Britanniche, Europa il 21 settembre 2013:

Questo è un articolo molto ben scritto, hai spiegato la fisica dietro una cascata superbamente, sapevo come si formavano le cascate geograficamente ma non ho mai pensato alla fisica reale dietro di esso a livello molecolare. Grazie per aver scritto questo, Laura!

~ Susan W.

Laura Schneider (autore) dal Minnesota, USA il mese di aprile 26, 2013:

Un’analisi eccellente! Grazie per il commento e per i complimenti, lumen2light!

Neil Coulson da Dundee, Scozia in aprile 26, 2013:

Bel articolo: le leggi della fisica derivano da eventi naturali che poi applichiamo ad altre cose. Per quanto riguarda la creazione / distruzione, quando si tratta di natura, credo che non ci sia distruzione poiché tutto accade per una ragione. Per quanto riguarda la razza umana, creiamo e distruggiamo ed è la natura umana applicare la nostra teologia al lavoro della natura.