Это интересно. Почему вода камень точит?

[скептик]

 
( c www.po4itay.ru )

Почему вода камень точит

Попробуем разобраться, почему вода камень точит. Что происходит с твердой поверхностью, на какую попадает вода? Сначала поговорим о том, когда на камень попадает летящая капля, какова ее сила удара. Какое давление на твердую поверхность оказывает вода.
Чтобы определить данное давление, удобнее всего будет представить себе вместо летящей капли цилиндрическую струю, такая вода на своем пути сталкивается с препятствиями - камнями. В дальнейшей полученной оценке, характеристики струи воды не будет, поэтому она подойдет как для капли, так и для ручья с сильным течением.
При столкновении воды с камнем, твердый предмет испытывает на себе действие гидродинамического удара. Значение этого термина очень простое и, по сути, легчайшее физическое явление. Когда струя воды сталкивается с камнем, ее направление меняется на противоположное движение, не свойственное для нее. Волна торможения возрастает, по этому вода камень точит. Данному явлению профессор Покровский дал наглядную иллюстрацию в своей книге под названием "Гидродинамические механизмы".
Далее узнаем от профессора, почему вода камень точит. Дело в том, что Покровский обратил внимание на внешнюю аналогию между заторможенной струей и потоком автомобилей, неожиданно остановленными вспышкой красного света. У светофора в данной ситуации начинается скопление авто, которое разъедется прочь от светофора, навстречу к "пробке".

Стоит подчеркнуть, что сигнал о том, что движение заторможено и движется со скоростью, менее привычной скорости их движения, а волна торможения воды движется со скоростью звука, которая равна c =1,5.105 сантиметров на секунду, что, естественно, больше скорости капли, падающей с крыши. Это полностью указывает на то, почему вода камень точит. Данный процесс происходит не одну сотню лет. Поэтому на морских пляжах мы видим плоские и гладкие камни.
А теперь давайте вспомним закон Ньютона. Сила F есть произведением массы на ускорение, которое является отношением изменения скорости ко времени, в течение которого оно произошло. Данный закон записывается так: Ft = mDv .
Объясняется это так: масса струи воды, заторможенная за время, равна сечению струи, а r обозначает плотность жидкости. Из-за того, что изменилась скорость заторможенной струи равной скорости ее движения, то в законе Ньютона можно немножечко изменить форму, определяющую давление: Р = F/s, а мы ищем - Р = rvc.

Как ранее было сказано, вышедшая формула не содержит ни длины, ни сечения струи воды. Ее можно применять к капле воды. В полученной формуле r и с уже известны, а вот величину v следует определить. Если скорость капли близка к нулю, гидродинамический удар в полной мере не свершится. Капля просто растечется по поверхности камня, даже не ударив его.
Также можно вычислить наименьшую скорость струи воды, при которой произойдет удар. Для этого нужно, чтобы капля под час удара не успела сильно расплющиться.
Если капля воды в момент падения на камень была похожа на твердый шарик, то ее время расплющивания tр будет больше времени, в течение которого происходит удар tу: tр > tу.
Время tр близко к времени, в течение которого случается одно колебание свободно летящей капли, всплывающей на поверхность воды: tр ~ Rh/s, где s является коэффициентом поверхностного натяжения воды, h есть вязкостью воды. Время tу оценивается, как отношение радиуса капли к скорости ее полета в момент падения на камень: tу ~ R/v. Где-то за это время верхняя точка капли может долететь до камня, после того как ее низ уже коснулся его.
Теперь из условия tр ~ tу, можно легко определить величину скорости падения капли воды, при которой она сможет точить камень. Данная скорость должна соответствовать условию: v ~ s/h. При такой скорости давление, возникшее при ударе, будет: P = rcs/h. Подставив цифры, мы получим P ~ 107 Па. С помощью этих формул мы узнали, почему вода камень точит. Такое неоднократное давление воды на твердые поверхности способно разрушить за некоторое время даже твердый камень.



Книгу Покровский Г.И. Гидромеханические механизмы можно скачать тут:
www.twirpx.com/file/1185242