Esta presa funciona como un cañón de agua. ¡Hagamos algo de física!

Cuando la gente construye Represas, paredes gigantes que bloquean lagos y ríos enteros, deben construir un canal de inundación llamado corriente de drenaje, para mitigar las inundaciones.

Un conducto de drenaje puede ser algo tan simple como un camino para el agua que fluye sobre la parte superior de una presa, o más complejo, como un canal lateral. A veces hay un gran agujero en el fondo de la presa (en el lado seco) para que el agua pueda dispararse como un enorme cañón de agua. Así es como funciona en La central hidroeléctrica Funnel en Brasil. Por ahí Video creativo Muestra agua: se siente como un río en el aire, porque básicamente es El Un río en el aire.

Pero la física realmente genial de esta corriente de drenaje es que la velocidad del agua que sale del agujero depende principalmente solo de la profundidad del agua detrás de la presa. Una vez que el agua sale del tubo, básicamente actúa como una pelota lanzada a la misma velocidad. Sí, ya sabes lo que voy a hacer: usaré el camino del agua que sale del desagüe para estimar la profundidad del agua en el tanque.

En realidad, existe un nombre para la relación entre el flujo de agua y la profundidad: se llama Ley de Torricelli. Imagina que tienes un balde lleno de agua y has hecho un agujero en un costado cerca del fondo. Podemos usar la física para encontrar la velocidad del agua que fluye.

Comencemos por observar el cambio en el nivel del agua durante un período de tiempo muy corto a medida que se descarga el agua. Aquí hay un diagrama esquemático:

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Ilustración: Rhett Allen

Al mirar la parte superior del balde, el nivel del agua desciende, aunque sea un poco. Realmente no importa cuánto baje el nivel del agua; Lo que nos interesa es la masa de esta agua, a la que llamo dMETRO. En física, usamos “d” para representar una cantidad diferencial de cosas, por lo que podría ser solo una pequeña cantidad de agua. Esta caída en el nivel del agua en la parte superior significa que el agua tiene que irse en algún lugar. En este caso, sale por la trampilla. La masa del agua saliente debe ser dMETRO. (Tienes que rastrear toda el agua).

Ahora pensemos en esto en términos de energía. El agua es un sistema cerrado, por lo que la energía total debe ser constante. Hay dos tipos de energía a considerar en este caso. Primero, está la energía potencial gravitacional (UGRAMO = Magos). Esta es la energía asociada con la altura de un objeto sobre la superficie de la tierra, y depende de la altura, masa y campo gravitacional (GRAMO = 9,8 Newton / kg). El segundo tipo de energía es la energía cinética (K = (1/2) mv2). Esta es una energía que depende de la masa y la velocidad (Quinto) De un objeto.

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