تسجيل الدخول

تسجيل

نسق تدفق الماء في صورة دائرة داخل الحوض

المؤلف:  جيرل ووكر

المصدر:  سيرك الفيزياء الطائر

الجزء والصفحة:  ص275

2025-07-31

656

عند سقوط تيار ماء يتدفق بانسيابية من صنبور على حوض مسطح مفتوح البالوعة لماذا تتكون دائرة حول نقطة التصادم يكون الماء فيها أعمق في الجزء الخارجي من الدائرة؟

الجواب: عندما يصطدم ماء الصنبور بالحوض فإنه ينتشر شعاعيًّا بمعدل يُوصف بأنه «فوق حرج؛ لأن الماء يتحرك بمعدل أسرع من قدرة الأمواج على التحرك على سطح

شكل : 2-11جدار ماء دائري حول نقطة تصادم التيار داخل الحوض.

الماء. في البداية يكون التدفق ثابتًا نظرًا لأن أي فرصة لحدوث اضطراب يجري التخلص منها بسرعة. إلا أنه مع انتشار الماء للخارج تُصبح آثار لزوجة الماء مهمة ويُصبح التدفق غير ثابت هذا يعني أن التدفق اللزج يبدأ على سطح الحوض ثم يمتد تدريجيا للأعلى. وعند قطر معين من نقطة التصادم يصل التدفق اللزج إلى السطح ويزداد عمق الماء فجأة، ويُعرف هذا التأثير باسم «القفزة الهيدروليكية انظر(شكل11-2). بعيدًا عن هذا الجدار، تكون سرعة الماء أكثر بطئًا (دون حرجة). وعلى هذا النحو فإن القفزة الهيدروليكية هي الانتقال من التدفق الأسرع والأكثر ضحالة إلى التدفق الأبطأ والأعمق. غالبًا ما تظهر القفزات الهيدروليكية في كثير من المجاري المائية الشائعة، كما يحدث عندما يتدفق الماء إلى الطريق عبر حافة الرصيف، ومن خلال مواسير الصرف الصحي الموجودة تحت الأرض، وعبر قنوات الري المائلة. ابحث عن موجة ثابتة عند تدفق الماء لا سيما عند وجود عائق أمام هذا التدفق. تنشأ الموجات عند تدفق الماء على العائق أو بعيدًا عنه. معظم هذه الموجات تفقد طاقتها ببساطة وتختفي، لكن موجةً واحدة ذات طول موجي معين تعلو المجرى وتتحرك بسرعة تَحرُّكِ الماء في أسفل المجرى؛ ومن ثم تصبح الموجة ثابتة. إن الاضطراب المستمر للماء الذي يسببه العائق يغذي الموجة بالطاقة باستمرار، مما يجعلها تستمر. يمكنك أن تتأمل سلسلة ثابتة من القمم والوديان بدلا من الجدار الواحد الذي تراه في الحوض. يُمكن أن تمثل القفزات الهيدروليكية في المجاري السريعة الجريان مشكلة خطيرة وربما (قاتلة عند ركوب الطوف على الأمواج؛ إذ من الممكن أن يصبح الطوف محصورًا عند القفزة أو قد ينقلب بسبب اضطراب الماء.

إذا وضعت بحرص قطرة ماء أعلى مجرى القفزة الهيدروليكية في حوض المطبخ، فمن الممكن أن تصبح القطرة محصورة عند جدار القفزة وتظل طافية لمدة طويلة (دون أن تندمج في الماء فحسب) بسبب استمرار مقاومة الهواء أسفلها بفعل الماء المتدفق. ويمكن لمجرى أحد الموائع اللزجة، مثل مانع التجمد (إيثيلين جليكول)، أن يكون قفزة هيدروليكية دائرية، لكن يمكن أيضًا أن يتحوّل تلقائيا إلى قفزة هيدروليكية مضلعة ذات حواف مستقيمة وأركان حادة.