Hoe werkt een waterval precies?

Inleiding tot de fysica van Watervallen

de tweede wet van de thermodynamica zegt dat dingen neigen naar een meer wanordelijke toestand. Gezien dat, wat is schepping en wat is vernietiging? Zegt de tweede wet dat vernietiging de schepping overwint? Zeker niet. Het zegt dat er gewoon een neiging is om dingen te verplaatsen naar een meer wanordelijke staat.

een waterval voldoet naar mijn mening aan al deze criteria, creatie en vernietiging en de tweede wet van de thermodynamica. Immers, wat is een waterval? Hoe is het gemaakt en hoe werkt het echt? Dit artikel behandelt deze kwesties in detail.

De Top van een Waterval: nog maar het Begin

De Creatie van een Waterval

Een waterval is gemaakt wanneer het water in de rivier tast de zwakkere aarde, rots of zand van haar oorspronkelijke bedding, het indrukken van de rock opzij te zetten en samen met de waterstroom in de tijd (in het algemeen, eons). Geleidelijk ontstaat er een duik in de rivier. Vernietiging? Uiteindelijk werd die dip belangrijk genoeg om een “waterval” te worden genoemd: een nieuwe creatie.

het is waar dat de rivier zijn oorspronkelijke grenzen “vernietigde” – zijn oorspronkelijke beekbedding en het materiaal dat erin zat. Dit is in overeenstemming met de tweede wet van de thermodynamica–dingen neigen naar een meer wanordelijke staat. Deze “meer wanordelijke staat” is echter zelf een creatie naar mijn mening.

de oorspronkelijke rivier werd gedurende een lange periode” vernietigd”, maar tegelijkertijd creëerde ze iets moois.: de waterval, waar het water een rand bereikt in de beekbedding dan valt al dat water op een schijnbaar wanordelijke manier naar beneden enige afstand voordat crashen in de bodem en dan verder op zijn weg in de “nieuw gecreëerde” rivierbedding.

een waterval lijkt een beetje op biljart

om de fysica van de waterval te begrijpen, moeten watermoleculen beschouwd worden als biljartballen die elkaar slaan.

wanneer elk molecuul valt, botst het op andere moleculen van water en soms van steen/mineraal, totdat het de bodem bereikt en raakt, met kracht afhankelijk van de afstand van waaruit het viel. Deze kracht werd veroorzaakt door de zwaartekracht die het molecuul snel naar beneden trok met alle rest van de watermoleculen van de stroom en sommige onzuiverheden. Onzuiverheden kunnen mineralen zijn die door de stroom zijn geërodeerd, misschien zelfs stukjes zand, hout of bladeren of andere vegetatie, of het zwerfafval van de mensheid dat in het bovenste gedeelte van de rivier dreef of reisde.

biljart en de fysica van watervallen hebben veel gemeen

natuurkunde is overal om ons heen

de bodem van een waterval lijkt chaotisch

voor het blote oog, de bodem van de waterval lijkt chaotisch. Maar wat raakt het watermolecuul als het de bodem bereikt, vol met kinetische energie die het heeft opgedaan door zwaartekracht en afstand? Het raakt andere water – en mineraalmoleculen die onlangs dezelfde reis over de waterval hebben gemaakt, ook vol met kinetische energie, of mogelijk de andere eerder genoemde onzuiverheden.

al deze moleculen op de bodem van de waterval worden met het blote oog gezien als een bulderende, borrelende massa water die er net zo krachtig en gevaarlijk destructief/Creatief uitziet als het is. Waarom is de basis van de waterval zo krachtig, veel krachtiger dan het gewone deel van de stroom? De basis van de waterval heeft enorme kinetische energie opgedaan in zijn versnelling naar beneden vanaf de top van de waterval.

hij gebruikt deze kinetische energie om in de loop van de tijd een put te creëren in de “nieuwe” stroombedding aan de voet van de waterval, omdat hij de vaste grondmaterialen efficiënter erodeert en daarbij een deel of het grootste deel van zijn kinetische energie opgeeft.

als een bepaald molecuul niet direct het bodemoppervlak raakt dat de waterval of ketel bevat, dan raakt het een ander molecuul, dat een ander kan raken, enzovoort–net als bij biljart-en poolspelen–totdat uiteindelijk een molecuul de bodem raakt, mogelijk met genoeg kracht om een van de aanwezige moleculen van het gesteente of welk materiaal dan ook dat zich oorspronkelijk op de bodem van de waterval bevindt.

een bepaald molecuul kan ook, of in plaats daarvan, zijn kinetische energie gebruiken om andere watermoleculen volledig uit de stroom te stoten, waardoor de bekende mist van water ontstaat die de meesten van ons op ons gezicht hebben gevoeld, en vervloekt op onze cameralenzen, wanneer ze met ontzag op de bodem van de waterval staan. Dit zou vergelijkbaar zijn met een biljartbal die per ongeluk volledig van de tafel wordt geschoten—een enigszins zeldzame gebeurtenis.

een andere manier waarop het watermolecuul zijn energie kan gebruiken, is door de eerder gevallen watermoleculen sneller stroomafwaarts te duwen.: water kan niet voor altijd verzamelen in de ketel die op de bodem van de waterval is gemaakt, uiteindelijk raakt het ruimte en energie op om daar te blijven, en zo gaat het verder in de richting die het het makkelijkst vindt om in te gaan: langs de rivierbedding.

na de waterval gaat de rivier verder met

waarom loopt de rivier op de bodem van de waterval in lijn met de top van de waterval, zelfs als het omringende materiaal zachter is en een “gemakkelijker doelwit” voor de watermoleculen om te eroderen? Omdat het water al een grote stuwkracht heeft in de oorspronkelijke richting, zal het daarom de neiging hebben om na de waterval nog enige afstand in die richting door te gaan, tenzij zeer hard gesteente of een andere omverwerper het op een dwaalspoor brengt.

hoe verder weg van de Waterval, hoe rustiger het water groeit totdat het net zo lijkt als elke andere stroom, gezien de diepte en breedte ervan ten opzichte van de waterstroom.

een paar woorden over waterkracht

een typische, moderne waterkrachtcentrale werkt op basis van dezelfde fysica die we hierboven hebben besproken. Het oogst een deel van de ongelooflijke energie van vallend water, en gebruikt het om turbines te draaien die op hun beurt elektriciteit produceren voor direct gebruik of voor opslag in enorme batterijen.

in historische tijden werd hydraulische kracht gebruikt om een houten peddelwiel te draaien dat op zijn beurt direct een zaagmolen of graanmolen aandeed. Dergelijke dingen kunnen nog steeds worden gevonden in gebruik in delen van de Verenigde Staten vandaag, hetzij als historische monumenten, reproducties van dergelijke, of in dagelijks gebruik door verspreide Amish gemeenschappen in delen van de Verenigde Staten.

Yvonne op 14 januari 2020:

Dit is zo goed geschreven. Bedankt hiervoor. De fysica achter watervallen leek me altijd een mysterie, maar het is nu volkomen duidelijk. Duim omhoog!

Faiq in Augustus 13, 2017:

heel mooi geschreven artikel. Leg de fysica uit achter het afgeworpen worden van het puntje van de achterkant van een rubberen kajak over de roiling waters van een 6 voet waterval in upper Washington State. De andere mensen in de kajak zaten mooi. De omringende uitzichten voor mijn beproeving waren “adembenemend”, maar toen ik op de bodem van de waterval tuimelde, dacht ik dat al mijn adem letterlijk voor altijd was weggenomen. Ik heb een algemeen idee over wat er gebeurd is, maar ik zou graag uw uitleg horen in de natuurkundige wetten die inwerken op de kajak, de kajakreacties, mijn traject in de lucht en in het water. Dankzij.

douglas wynn in juli 16, 2015:

ik ben een beeldend kunstenaar en vooral ook een student esthetiek. ik probeer altijd te lezen, wat helpt bij het creatieve proces van mijn werken. ik doe meestal landschappen en onlangs een waterval. ik heb ze eerder gedaan, maar heb onlangs ook een boek gelezen, “art & physics” van L. shlain. ik was verbaasd om te zien hoe nauw verbonden fysica en kunst echt zijn. ik wilde de kloof wat meer overbruggen tussen de waterval, mijn kunst en natuurkunde.ik dacht dat er misschien iets op het internet was om te helpen. Dank u voor uw informatie. het zal erg handig zijn om de gaten nog meer te overbruggen. hoogachtend, doug. [email protected]

Craftyto Thecore on October 12, 2013:

LOL! : D

Laura Schneider (auteur) uit Minnesota, USA op Oktober 12, 2013:

bedankt, Craftto Thecore! — Geekyto thecore

Craftto thecore on October 11, 2013:

heel interessant. Ik vond vooral de uitleg van waarom water verder beweegt. Ik hou ook van alle details en hoe je het biljartspel als voorbeeld gebruikt.

Laura Schneider (auteur) uit Minnesota, USA op September 21, 2013:

Graag gedaan, susi10! Bedankt voor het compliment! :- )

Susan W uit de Britse eilanden, Europa op 21 September 2013:

dit is een zeer goed geschreven artikel, je hebt de fysica achter een waterval uitstekend uitgelegd, Ik wist hoe watervallen geografisch werden gevormd, maar ik heb nooit gedacht aan de werkelijke fysica erachter op moleculair niveau. Bedankt voor het schrijven, Laura!

~ Susan W.

Laura Schneider (auteur) uit Minnesota, USA op April 26, 2013:

een uitstekende analyse! Bedankt voor het commentaar en voor de complimenten, lumen2light!

Neil Coulson Uit Dundee, Schotland op April 26, 2013:

mooi artikel: de wetten van de fysica zijn afgeleid van natuurlijke gebeurtenissen die we vervolgens toepassen op andere dingen. Wat betreft schepping/vernietiging, als het gaat om de natuur, geloof ik dat er geen vernietiging is omdat alles met een reden gebeurt. Wat het menselijk ras betreft, Wij scheppen en vernietigen en het is de menselijke natuur om onze eigen theologie toe te passen op de werking van de natuur.