Чому річки течуть звиваючись
Придивіться до карти і спробуйте простежити шлях річки. Ви виявите, що вона ніколи не тече строго по прямій. Ще краще це видно при погляді на ре.ку або струмок з пагорба. Справа в тому, що водний потік постійно долає різні перешкоди, підкоряючись логіці рельєфу, обходячи пагорби і височини. Винятковою звивистістю русла відрізняється один з приток Північної Двіни - річка Південь, вимушена прокладати собі шлях по скелястому Волго-Двинскому вододілу.
Її нібито говорить назва звучить як насмішка. Спочатку річка дійсно тече на південь, але скоро повертає на захід, потім на північ, наступний поворот - на схід, потім знову на північ, і, ніби намагаючись заплутати сліди перед злиттям з іншим припливом Двіни, Сухоной, - дві останні петлі: на захід і на північ. Через безліч звивин і петель річка Південь на карті виглядає набагато коротше своєї реальної довжини.
Будь звивина річки зароджується як невеликий поворот перед перешкодою. Потім підключається сила води: її тиск на зовнішню сторону збільшується, і з часом із зовнішнього боку потік починає розмивати берег. Зате з внутрішньої сторони, де протягом за законами фізики завжди слабкіше, осідають мул, пісок, залишки рослин. Так поступово на річці виникає закрут. Часті закруту в народі називали «кишки», і тому звивиста річка цілком могла отримати назву «Кішкінская».
Як виглядає закрут, москвичі і гості столиці можуть уявити, дивлячись з оглядового майданчика Воробйових гір на поворот, який здійснює Москва-ріка в районі Лужників в місці впадання в неї Сетуни.
«Чому річка тече в море?»- Запитував себе відомий німецький фізик Ом. Тому, що рівень води в її верхів'ях вище, ніж в морі.
Щоб краще зрозуміти явища електричного струму, часто порівнюють його з іншими явищами природи, які добре всім відомі.
Для з'ясування умов, за яких виникає електричний струм в ланцюзі, розглянемо умови, за яких буде текти вода по трубі, що з'єднує дві посудини наповнених водою. Якщо вода в судинах знаходиться на одному рівні, ніякого руху води по трубі не буде. Варто тільки підняти одну посудину, як вода зараз же прийде в рух. Таким чином, рух води по трубі залежить від різниці її рівнів у судинах. Якщо цю різницю рівнів підтримувати за допомогою насоса, то останній буде причиною руху води в трубі, т. Е. Буде рушійною силою.
Для виникнення електричного струму в ланцюзі необхідно мати різниця електричних рівнів на затискачах джерела струму, т. Е. Надлишок електронів на одному і недолік їх на іншому. Цю різницю електричних рівнів, або, іншими словами, різниця потенціалів на затисках, підтримує електрорушійна сила (е. Д. С.) Джерела струму.
Щоб використовувати електричні сили, попередньо потрібно затратити певну роботу для розділення електронів від протонів. В основі поділу електронів від протонів, т. Е.
Чому річки, поточні навіть по абсолютно плоскої однорідної грунті, утворюють меандри? Це явище є наслідком того, що прямолінійний рух поточної рідини нестійка. Навіть при найслабшою пульсації швидкості течії, яка може бути викликана будь-яким випадковим явищем - вибоїною в руслі, упашім деревом та ін., Один берег стане розмиватися кілька сильніше іншого.
Утворене порушення берега стане збільшуватися і з часом переросте в звивину - меандр. Термін цей зобов'язаний своїм походженням річці Меандр, яка вразила стародавніх греків своїми вигинами. В даний час це річка Великий Мендерес, що протікає в Туреччині.
Розглянемо для початку маленьку кульку, який скочується по жолобу великого радіусу R, нахилену під кутом a до горизонту, і спробуємо визначити, скільки разів вільно кинутий кулька перетне саму нижню твірну жолоба.
Сила тяжіння, що діє на скочується кулька може бути розкладена на спрямовану вниз уздовж осі жолоба за нижчою утворює і дорівнює mgsina = mg ', а інша знаходиться в площині, перпендикулярній осі - mgcosa. У цій площині кулька стане здійснювати гармонічні коливання з періодом.
Враховуючи, що від початку руху кульки від першого перетину прйдёт чверть періоду коливань, а потім вже кожне наступне перетин стане відбуватися через половину періоду коливань кульки.
У такому випадку кількість перетинів кульки з нижньої твірної стане рівним одиниці плюс цілої частини відносини усього часу руху t2 = 2l / a без чверті відносини періоду коливань до напівперіоду коливань Т / 2.
Тобто, траєкторія кульки представить собою хвилеподібну криву, число хвиль в якій буде одно n.
Цей процес добре видно в звичайній ванні. Пустіть слабеньку цівку по пологій стінці ванни так, щоб вона спокійно стікала. Можна бачити, що цівка ні в якому разі не буде прямою, а почне звиватися, подібно до змії. При цьому амплітуда коливань буде тим більше, чим нижче відбувається коливання. Картина стає ще цікавіше і різноманітніше, якщо цю цівку пускати по похилій площині, кут нахилу якої можна плавно регулювати. При цьому можна спостерігати і залежність пульсацій русла від витрати, якщо в процесу експерименту збільшувати або зменшувати струмінь.
Щоб краще розібратися в суті явища, звернемося ... до склянки з чаєм. Всі спостерігали, як чаїнки збираються в центрі склянки після того, як чай розкрутили, перешкодивши ложкою. У рухомої рідини на кожну частку діє результуюча сила таким чином, що частка схильна до дії центростемітельной сили рівній
F = mw2R, де R - відстань рухомій частинки від осі обертання. Сила тим більше, чим більше відстань R. Таким чином, повинна зростати горизонтальна складова сили, що діє на рухому частку з боку інших частинок.
Поверхня обертається рідини в підсумку приймає форму параболоїда обертання. Внаслідок такої форми поверхні гідростатичний тиск на обдном і тому ж горизонтальному перетині збільшується в міру наближення до стінок склянки.
Коли обертається рідина надана сама собі, швидкість рідини у стінок внаслідок тертя зменшується. У склянці внаслідок того, що прискорення, що повідомляється розглянутими силами, виявляється більше центростремительного, виникає циркуляція, яка схематично показана на малюнку. У поверхні внаслідок тертя швидкість менше, ніж на глибині, чому чаїнки і збираються в центральній частині дна склянки.
У місці повороту течії річки виникає щось подобное- тут має місце циркуляція, зазначена на другій схемі. Таким чином можна бачити, що частинки придонним плином переносяться до внутрішнього березі. Зовнішній берег розмивається, розмивається дно річки біля цього берега, профіль русла виявляється сильно асиметричним.
Перенесення твердих частинок до внутрішнього березі змінює його конфігурацію, що ще більше сприяє викривленню русла.
Таким чином, можна бачити, що русло уподібнюється згинається по стінці ванни струменя, тобто має вигляд хвилі, що розповсюджується. У певний момент хвиля втрачає стійкість, русло спрямляется, а відірвався вигин утворює старицу. А русло починає згинатися в протилежну сторону, утворюючи нову хвилю.
Природно очікувати, що якщо річка тече по абсолютно рівній місцевості, то меандри будуть прагнути мати одні й ті ж розміри і форму. Геологи і гідрологи прийшли до висновку, що меандр в ідеалі повинен прагнути до форми зігнутої пружною лінійки, кінці якої трьома зблизитися один з одним.
Така крива носить назву ейлеровского вигину і з усіх кривих, що з'єднують дві точки вона німенее вигнута. Якщо підсумувати всі кутові відхилення цієї кривої (кути дотичних в даній точці з віссю ОХ), Взяті через рівні проміжки довжини, підсумувати квадрати цих відхилень, то в разі ейлеровской кривої ця сума буде мінімальною. Такий вигин меандру є для русла найбільш "економним". Моделювання цього процесу на лотках з легко розмиває береги повністю підтвердили це припущення.
У розглянутій картині не враховується сила Коріоліса, обумовлена добовим обертанням Землі. Ця сила збільшується в міру наближення до земних полюсів.
Не виключено, що щось подібне відбувається і у формуванні периферичних вулканічних каналів. Канал, по якому магма піднімається до поверхні теж повинен описувати складну траєкторію в просторі якогось тілесного кута. Тому і вулканічні виходи на повержності повинні певним чином блукати. Такі блукання побічних кратерів по Соммі добре помітні, наприклад, у Ключевського вулкана.
Ще сильніше це виражається в пульсаціях океанічних течій, в струменевих течіях в атмосфері. Такі пульсації можуть породжує не стариці, а стійкі вихори як в океані, так і в атмосфері, що може мати серйозні кліматологічні наслідки.
Меандри
Меандри (по звивистій річці Меандр, Мала Азія) - вигини, утворені річкою. Розрізняють врізані меандри, або долинні, і блукаючі меандри - вільні, або поверхневі.
Перші сформовані вигинами долини так, що в кожну закрут входить виступ корінного схилу, другий створені рікою серед пухких алювіальних відкладень на плоскому дні долини. Схили долини в освіті цих закрутів не беруть участь.
Такі меандри постійно змінюють свою форму і положення, особливо при повенях. Врізані меандри при стійкому базисі ерозії, постійно зміщуючись вниз, зрізують виступи схилів і перетворюються на поверхневі, в той час як поверхневі в умовах тектонічного підняття або зниження базису ерозії врізаються і переходять в меандри врізані. Синоніми: закруту, цибулі.
-посилання на статтю "Чому річки течуть звиваючись?"
-посилання на статтю "Чому річка тече в море?"
- посилання на статтю "Чому річки, поточні навіть по абсолютно плоскої однорідної грунті, утворюють меандр?"
- матеріал з GeoWiki - відкритої енциклопедії з наук про Землю