Почему реки текут извиваясь
Приглядитесь к карте и попытайтесь проследить путь реки. Вы обнаружите, что она никогда не течет строго по прямой. Еще лучше это видно при взгляде на ре.ку или ручей с холма. Дело в том, что водный поток постоянно преодолевает самые разные препятствия, подчиняясь логике рельефа, обходя холмы и возвышенности. Исключительной извилистостью русла отличается один из притоков Северной Двины — река Юг, вынужденная прокладывать себе путь по скалистому Волго-Двинскому водоразделу.
Ее якобы говорящее название звучит как насмешка. Сначала река действительно течет на юг, но скоро поворачивает на запад, потом на север, следующий поворот — на восток, затем вновь на север, и, будто пытаясь запутать следы перед слиянием с другим притоком Двины, Сухоной, — две последние петли: на запад и на север. Из-за множества извилин и петель река Юг на карте выглядит намного короче своей реальной длины.
Любая извилина реки зарождается как небольшой поворот перед препятствием. Затем подключается сила воды: ее давление на внешнюю сторону увеличивается, и со временем с внешней стороны поток начинает размывать берег. Зато с внутренней стороны, где течение по законам физики всегда слабее, оседают ил, песок, остатки растений. Так постепенно на реке возникает излучина. Частые излучины в народе называли «кишки», и потому извилистая река вполне могла получить название «Кишкинская».
Как выглядит излучина, москвичи и гости столицы могут представить, глядя со смотровой площадки Воробьевых гор на поворот, который совершает Москва-река в районе Лужников в месте впадения в нее Сетуни.
«Почему река течет в море?» — спрашивал себя известный немецкий физик Ом. Потому, что уровень воды в ее верховьях выше, чем в море.
Чтобы лучше понять явления электрического тока, часто сравнивают его с другими явлениями природы, которые хорошо всем известны.
Для уяснения условий, при которых возникает электрический ток в цепи, рассмотрим условия, при которых будет течь вода по трубе, соединяющей два сосуда наполненных водой. Если вода в сосудах находится на одном уровне, никакого движения воды по трубе не будет. Стоит только приподнять один сосуд, как вода сейчас же придет в движение. Таким образом, движение воды по трубе зависит от разности ее уровней в сосудах. Если эту разность уровней поддерживать при помощи насоса, то последний будет причиной движения воды в трубе, т. е. будет движущей силой.
Для возникновения электрического тока в цепи необходимо иметь разность электрических уровней на зажимах источника тока, т. е. избыток электронов на одном и недостаток их на другом. Эту разность электрических уровней, или, другими словами, разность потенциалов на зажимах, поддерживает электродвижущая сила (э. д. с.) источника тока.
Чтобы использовать электрические силы, предварительно нужно затратить определенную работу для разделения электронов от протонов. В основе разделения электронов от протонов, т. е.
Почему реки, текущие даже по совершенно плоской однородной почве, образуют меандры? Это явление является следствием того, что прямолинейное движение текущей жидкости неустойчиво. Даже при самой слабой пульсации скорости течения, которая может быть вызвана любым случайным явлением - выбоиной в русле, упашим деревом и пр., один берег станет размываться несколько сильнее другого.
Образовавшееся нарушение берега станет увеличиваться и со временем перерастёт в извилину - меандр. Термин этот обязан своим происхождением реке Меандр, которая поразила древних греков своими изгибами. В настоящее время это река Большой Мендерес, протекающая в Турции.
Рассмотрим для начала маленький шарик, который скатывается по жёлобу большого радиуса R, наклонённому под углом a к горизонту, и попробуем определить, сколько раз свободно брошенный шарик пересечёт самую нижнюю образующую жёлоба.
Сила тяжести, действующая на скатывающийся шарик может быть разложена на направленную вниз вдоль оси желоба по низшей образующей и равна mgsina = mg', а другая находится в плоскости, перпендикулярной оси - mgcosa. В этой плоскости шарик станет совершать гармонические колебания с периодом.
Учитывая, что от начала движения шарика от первого пересечения прйдёт четверть периода колебаний, а затем уже каждое последующее пересечение станет происходить через половину периода колебаний шарика.
В таком случае число пересечений шарика с нижней образующей станет равным единице плюс целой части отношения всего времени движения t2 = 2l/a без четверти отношения периода колебаний к полупериоду колебаний Т/2.
То есть, траектория шарика представит собой волнообразную кривую, число волн в которой будет равно n.
Этот процесс хорошо виден в обычной ванне. Пустите слабенькую струйку по пологой стенке ванны так, чтобы она спокойно стекала. Можно видеть, что струйка ни в коем случае не будет прямой, а начнёт извиваться, подобно змее. При этом амплитуда колебаний будет тем больше, чем ниже происходит колебание. Картина становится еще интереснее и разнообразнее, если эту струйку пускать по наклонной плоскости, угол наклона которой можно плавно регулировать. При этом можно наблюдать и зависимость пульсаций русла от расхода, если в процесса эксперимента увеличивать или уменьшать струю.
Чтобы лучше разобраться в сути явления, обратимся... к стакану с чаем. Все наблюдали, как чаинки собираются в центре стакана после того, как чай раскрутили, помешав ложкой. В движущейся жидкости на каждую частицу действует результирующая сила таким образом, что частица подвержена действию центростемительной силы равной
F = mw2R, где R - расстояние движущейся частицы от оси вращения. Сила тем больше, чем больше расстояние R. Таким образом, должна возрастать горизонтальная составляющая силы, действующей на движущуюся частицу со стороны других частиц.
Поверхность вращающейся жидкости в итоге принимает форму параболоида вращения. Вследствие такой формы поверхности гидростатическое давление на обдном и том же горизонтальном сечении увеличивается по мере приближения к стенкам стакана.
Когда вращающаяся жидкость предоставлена сама себе, скорость жидкости у стенок вследствие трения уменьшается. В стакане вследствие того, что ускорение, сообщаемое рассмотренными силами, оказывается больше центростремительного, возникает циркуляция, которая схематически показана на рисунке. У поверхности вследствие трения скорость меньше, чем на глубине, почему чаинки и собираются в центральной части дна стакана.
В месте поворота течения реки возникает нечто подобное; здесь имеет место циркуляция, указанная на второй схеме. Таким образом можно видеть, что частицы придонным течением переносятся к внутреннему берегу. Наружный берег размывается, размывается дно реки у этого берега, профиль русла оказывается сильно асимметричным.
Перенос твердых частиц к внутреннему берегу меняет его конфигурацию, что еще более способствует искривлению русла.
Таким образом, можно видеть, что русло уподобляется изгибающейся по стенке ванны струи, то есть имеет вид распространяющейся волны. В определённый момент волна теряет устойчивость, русло спрямляется, а оторвавшийся изгиб образует старицу. А русло начинает изгибаться в противоположную сторону, образуя новую волну.
Естественно ожидать, что если река течёт по совершенно ровной местности, то меандры будут стремиться иметь одни и теже размеры и форму. Геологи и гидрологи пришли к выводу, что меандр в идеале должен стремиться к форме изогнутой упругой линейки, концы которой тремятся сблизиться друг с другом.
Такая кривая носит название эйлеровского изгиба и из всех кривых, соединяющих две точки она нименее изогнута. Если просуммировать все угловые отклонения этой кривой (углы касательных в данной точке с осью ОХ), взятые через равные промежутки длины, просуммировать квадраты этих отклонений, то в случае эйлеровской кривой эта сумма будет минимальной. Такой изгиб меандра является для русла наиболее "экономным". Моделирование этого процесса на лотках с легко размывающимися берегами полностью подтвердили это предположение.
В рассмотренной картине не учитывается сила Кориолиса, обусловленная суточным вращением Земли. Эта сила увеличивается по мере приближения к земным полюсам.
Не исключено, что нечто подобное происходит и в формировании периферических вулканических каналов. Канал, по которому магма поднимается к поверхности тоже должен описывать сложную траекторию в пространстве некоего телесного угла. Поэтому и вулканические выходы на повержности должны определённым образом блуждать. Такие блуждания побочных кратеров по сомме хорошо заметны, например, у Ключевского вулкана.
Ещё сильнее это выражается в пульсациях океанических течений, в струйных течениях в атмосфере. Такие пульсации могут порождать не старицы, а устойчивые вихри как в океане, так и в атмосфере, что может иметь серьёзные климатологические последствия.
Меандры
Меандры (по извилистой реке Меандр, Малая Азия) - изгибы, образованные рекой. Различают врезанные меандры, или долинные, и блуждающие меандры - свободные, или поверхностные.
Первые сформированы изгибами долины так, что в каждую излучину входит выступ коренного склона, вторые созданы рекой среди рыхлых аллювиальных отложений на плоском дне долины. Склоны долины в образовании этих излучин не участвуют.
Такие меандры постоянно меняют свою форму и положение, особенно при половодьях. Врезанные меандры при устойчивом базисе эрозии, постоянно смещаясь вниз, срезают выступы склонов и превращаются в поверхностные, в то время как поверхностные в условиях тектонического поднятия или понижения базиса эрозии врезаются и переходят в меандры врезанные. Синонимы: излучины, лука.
-ссылка на статью "Почему реки текут извиваясь?"
-ссылка на статью "Почему река течёт в море?"
- ссылка на статью "Почему реки,текущие даже по совершенно плоской однородной почве,образуют меандр?"
- материал из GeoWiki - открытой энциклопедии по наукам о Земле