Questa diga funziona come un cannone ad acqua. Facciamo un po ‘di fisica!

Quando le persone costruiscono Le dighe – muri giganti che bloccano interi laghi e fiumi – devono costruire un canale di alluvione chiamato flusso di drenaggio, per mitigare le inondazioni.

Un condotto di scarico può essere qualcosa di semplice come un percorso per l’acqua che scorre sopra la sommità di una diga, o più complesso, come un canale laterale. A volte c’è un grande buco nel fondo della diga (sul lato asciutto) in modo che l’acqua possa sparare come un enorme cannone ad acqua. Ecco come funziona La stazione idroelettrica a imbuto in Brasile. laggiù Video creativo Mostra l’acqua fuori – Sembra un fiume nell’aria, perché è fondamentalmente lui è Un fiume nell’aria.

Ma la fisica davvero interessante di questo flusso di drenaggio è che la velocità dell’acqua che lascia il buco dipende principalmente solo dalla profondità dell’acqua dietro la diga. Una volta che l’acqua esce dal tubo, in pratica si comporta come una palla da lanciare alla stessa velocità. Sì, sai cosa farò: userò il percorso dell’acqua lasciando lo scarico dell’acqua per stimare la profondità dell’acqua nel serbatoio.

In realtà c’è un nome per la relazione tra flusso d’acqua e profondità: si chiama Legge di Torricelli. Immagina di avere un secchio pieno d’acqua e di aver praticato un foro sul lato vicino al fondo. Possiamo usare la fisica per trovare la velocità del deflusso dell’acqua.

Cominciamo osservando la variazione del livello dell’acqua in un periodo di tempo molto breve quando l’acqua viene scaricata. Ecco un diagramma:

Guardando la parte superiore del secchio, il livello dell’acqua scende, anche solo un po ‘. Non importa quanto cala il livello dell’acqua; Quello che ci interessa è la massa di quest’acqua, che io chiamo dM. In fisica, usiamo “d” per rappresentare una quantità differenziale di cose, quindi questa può essere solo una piccola quantità di acqua. Questo calo del livello dell’acqua sopra significa che l’acqua deve andare da qualche parte. In questo caso, esce dal portello. La massa dell’acqua in uscita dovrebbe essere dM. (Devi rintracciare tutta l’acqua.)

Ora pensiamo a questo in termini di energia. L’acqua è un sistema chiuso, quindi l’energia totale deve essere costante. Ci sono due tipi di energia da considerare in questo caso. In primo luogo, c’è l’energia potenziale gravitazionale (yo_g = Magi). Questa è l’energia associata all’altezza di un oggetto sopra la superficie della terra e dipende dall’altezza, dalla massa e dal campo gravitazionale (g = 9,8 Newton / kg). Il secondo tipo di energia è l’energia cinetica (K = (1/2) mv²). Questa è un’energia dipendente dalla massa e dalla velocità (Quinto) Da un oggetto.