正文 河流為什麼是彎的(1 / 1)

人們很久就知道河流有像蛇一樣彎曲的傾向。河流的彎曲不應該認為都是由地形造成的。有的地區可能完全平坦,可是河流還是蜿蜒曲折。這仿佛很奇怪,不是嗎?在這樣的地區,河流應該很自然地選擇直線的方向呀。

可是,進一步的研究會使我們發現很意外的事情:對於即使是在平坦地區上流動的河流,直線方向也是最不穩定的,因此也是最不可能有的。要想使河流保持直線方向,隻能在理想的條件下實現,而這種條件實際上是永遠不會有的。

假設一條河,在大體上同樣的土壤上嚴格地依一條直線流動著。讓我們來證明這種直線流動不可能繼續得很長久。由於偶然的原因,例如由於土壤的不同,水流在某個地方偏移了一些。以後怎麼樣呢?河流會自動恢複它的流動方向嗎?不,偏移的情況要越來越大。在彎曲的地方,由於水是在依曲線流動,在離心力作用下要壓向凹入的一岸A,衝刷這一岸,同時離開了凸出的一岸B。而要使河流恢複直線的方向,卻恰好需要相反的情況:需要衝刷凸出的一岸,離開凹入的一岸。凹入的一岸受到衝刷,凹入的程度開始加大,河流彎曲的曲率也開始加大,這樣一來,轉偏向力也就加大,接著對凹入一岸的衝刷作用也隨著加強。看,隻要形成了即使是最小的彎曲,這個彎曲就會不停地增長。由於水流靠凹入的一岸流得比靠凸出的一岸快,因此水流攜帶的泥沙多沉積在靠凸出的一岸,而凹入的一岸恰恰相反,發生了更強烈的衝刷,結果靠這一岸的河就變得比較深。由於這個原因,凸出的一岸就變得比較平坦,而且更加凸出,凹入的一岸卻變得很陡峭。使小河發生輕微的、最初的彎曲的偶然原因,幾乎是不可避免的,因此,河流就不可避免地會越來越彎曲,在相當長時間之後就變成了蜿蜒曲折的了。

研究一下河流彎曲的進一步發展情況是很有趣的。河床逐步改變,稍稍彎曲的小河,水流已經衝成了凹入的河岸,並且已經稍稍離開了傾斜的凸出的一岸。河流是怎樣在彎曲的河床相接近的部位上為自己打通道路,在那裏抄了近路,在衝成的河穀的凹入部分留下了所謂弓形沼或牛軛沼——留在河床被遺棄部分的死水。

讀者自己就能猜到,為什麼河流在它所造成的平坦的河穀裏不在中間流或順著一邊流,而總是從一邊折向另一邊——從凹入的一邊折向最近的凸出的一邊。

力學就是這樣控製著河流的地質命運的。我們上麵所說的現象,當然是在很長的一段時間裏逐漸發生的,這種時間是要論千年計算的。但是,你可以在每個春天看到跟上麵說的許多細節相近的現象(當然規模要小得多),隻要注意觀察融化的雪水在冰凍的雪地上衝出的小水流就行了。

知識點

地轉偏向力

由於地球自轉而產生作用於運動物體的力,稱為地轉偏向力,簡稱偏向力。它隻在物體相對於地麵有運動時才產生,隻能改變水平運動物體運動的方向,不能改變物體運動的速率。地轉偏向力可分解為水平地轉偏向力和垂直地轉偏向力兩個分量。由於赤道上地平麵繞著平行於該平麵的軸旋轉,空氣相對於地平麵做水平運動產生的地轉偏向力位於與地平麵垂直的平麵內,故隻有垂直地轉偏向力,而無水平地轉偏向力。由於極地地平麵繞著垂直於該平麵的軸旋轉,空氣相對於地平麵做水平運動產生的地轉偏向力位於與轉動軸相垂直的同一水平麵上,故隻有水平地轉偏向力,而無垂直地轉偏向力。在赤道與極地之間的各緯度上,地平麵繞著平行於地軸的軸旋轉,軸與水平麵有一定交角,既有繞平行於地平麵旋轉的分量,又有繞垂直於地平麵旋轉的分量,故既有垂直地轉偏向力,也有水平地轉偏向力。

延伸閱讀

風乍起,吹皺一池春水

“風乍起,吹皺一池春水。”是馮延已(903—960,是南唐中主的承相)一首詞的首句,作者用一個“皺”字將春風吹拂而過,使水麵蕩漾起細微的波紋,使靜景成為動景。從力學角度來看,是一幅流動不穩定性的畫麵,即“風生波”問題。當觀察海麵由風吹起的波浪,當風速達到76.4m/s時,碎浪和蒸發率都突然增加,當風速增大到88.8m/s時,波浪的波長可增大到6cm。由於海洋開發利用的需要,風浪的發生機製問題至今仍是流體力學和海洋科學工作者關心和研究的課題。