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危险的水跃现象:为什么水从大坝流下总要先跳一下?
每次打开水龙头洗手时,会看到水流冲击水槽,水流落下中心处水量最少,而在外围却又形成一个较高的水面。
为什么会出现这种现象?
第一个观察到这种现象的人是画家达·芬奇,不过他并没有思考里边所蕴含的原理。后来人们从他的笔记里,发现了这一现象并进行研究。不过遗憾的是,到现在已经过去了500年,这种现象也仍然没能得到一个准确的解释。
目前最主流的观点认为,水龙头里流下的水,落到水槽表面向四周扩散时,由于水和水槽产生摩擦,水流的速度会逐渐变慢,但是中心位置的水速却是较快的。在高速水流过渡为低速水流时,接触部位的水就会跳起。而科学家们给它起了一个很直接的名字:水跃,在流体力学中也称为水力迁跃。
和中间水流厚度相比,跳起部位的水可以骤增500倍,不过速度也就成了之前的五百分之一。这一个过程在物理学上可以解释为,水流部分的动能被紊流消散,部分动能转化成了位能,所以液面就会明显变高。不仅是水龙头放水,水坝、水管通道等地方都能发现水跃现象的存在。
水坝泄洪时由于水量巨大,会产生超临界流的水,水的不断冲击会对建筑工程本身造成伤害。为了减缓泄洪时,高速水流对工程结构的冲击和腐蚀,工程师们借助水跃的原理,在水坝下边修建了消力池,让下泄的水流直接流在池中,并形成水跃,从而消减水中的能量。
水跃看起来好像没什么威力,但实际上,它产生的伤害也是极大的。比如在水坝下产生的水跃,和上方的水流,形成了一个不断循环的漩涡区域,有人称它为“淹死水跃”。如果没有足够的力气和技巧,一旦掉进这个漩涡,就再难出来了,即使是救援的人也不一定进得了这个区域。更可怕的是,只要一靠近这个漩涡,就有可能被自动吸进去。
2020年8月26日,广西一名少年不慎从坝上落入水中,一个村民看到后立即施救。但是由于河水暴涨,坝下水流形成旋涡,两人都无法脱身。直到其他村民,才勉强救出了少年,而村民却被漩涡袭走遇难。
其实,水跃现象并不只存在于大坝附近,野外的瀑布,一些起伏较大的河流中都会出现水跃。因此外出游玩时,千万要注意安全,不要靠近未知的水域。
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