Эта плотина работает как водомет. Давайте займемся физикой!

Когда люди строят Плотины — гигантские стены, которые перекрывают целые озера и реки — они должны построить переливной канал, называемый стоком, чтобы смягчить наводнения.

Внизу по течению может быть что-то простое, например, путь, по которому вода перетекает через верх плотины, или более сложный, например боковой канал. Иногда в дне плотины (на сухой стороне) делается большая дыра, чтобы вода могла вылетать, как огромная водомет. Вот как это работает в ГЭС Фунил в Бразилии. там Креативное видео Он показывает выходящую воду — это похоже на реку в воздухе, потому что в основном он Река в воздухе.

Но действительно крутая физика этого нижнего течения заключается в том, что скорость, с которой вода выходит из ямы, в основном зависит только от глубины воды за плотиной. Когда вода выходит из трубки, она действует как мяч, который бросается с той же скоростью. Да, вы знаете, что я собираюсь сделать: я буду использовать путь воды, выходящей из нижнего водостока, чтобы оценить глубину воды в резервуаре.

На самом деле существует название отношения между потоком воды и глубиной — это называется Закон Торричелли. Представьте, что у вас есть ведро, полное воды, и вы проделываете в его боку около дна отверстие. Мы можем использовать физику, чтобы найти скорость истечения воды.

Начнем с того, что посмотрим на изменение уровня воды за очень короткий период времени по мере того, как вода стекает. Вот схема:

Глядя на верхнюю часть ведра, уровень воды падает — даже немного. На самом деле не имеет значения, насколько сильно упадет уровень воды; Для нас важна масса этой воды, которую я называю d.M. В физике мы используем d для обозначения различного количества вещей, так что это может быть просто крошечное количество воды. Это падение уровня воды вверху означает, что вода должна уйти. где-то. В этом случае он выходит через отверстие. Масса вытекающей воды должна быть dМ. (Вы должны выследить всю воду.)

Теперь давайте подумаем об этом с точки зрения энергии. Вода — это замкнутая система, поэтому общая энергия должна быть постоянной. В этом случае следует подумать о двух типах энергии. Во-первых, это гравитационная потенциальная энергия (Эй_грамм = приходи). Это энергия, связанная с высотой объекта над поверхностью Земли, и зависит от высоты, массы и гравитационного поля (грамм = 9,8 Н / кг). Второй тип энергии — кинетическая энергия (К = (1/2) мВ²). Это энергия, зависящая от массы и скорости (Пятая) объекта.