Home » معماهای فارسی » معماهای علمی » معمای علمی شماره 52 – مسیر رودخانه » Reply To: معمای علمی شماره 52 – مسیر رودخانه

Reply To: معمای علمی شماره 52 – مسیر رودخانه

#1821
Guest

    تا کنون به برگهای چای موجود در ته لیوان چای که از بند صافی قوری گذشته اند دقت کرده اید؟ اگر چای داخل لیوان را با قاشق به چرخش در آوریم سطح مایع مطابق قوانین آشنای هیدرودینامیک شکل سهمی بخود می گیرد. تعادل شتاب جانب مرکز وارد بر یک جزء حجم مایع در حال چرخش با اختلاف فشار وارد بر دو سطح جانبی این جزء حجم مبنای فیزیکی تشکیل معادله ریاضی سهمی مذکور است.

    اما پس از بیرون آوردن قاشق از لیوان چای، مایع در گردش بخاطر ویسکوزیته ذاتی خود دچار سایش لایه ای شده و به تدریج از سرعت چرخشش کاسته می شود و منحنی سهمی تخت می گردد. اما پدیده جالبی که مورد بحث ما است رفتار تفاله چای قوطه ور در مایع است که به تدریج با کاهش سرعت چرخش مایع در مرکز لیوان جمع می شوند. جریان شکل گرفته در این حالت جریانهای گردابی ضعیفی است که تفاله های چای را از دیواره دور و به مرکز لیوان نزدیک می کند. دلیل شکل گیری این جریانهای ثانوی عدم یکنواختی لیوان در دیواره ها و کف است که موجب شکل گیری جریانهای فرسایشی متفاوت در لایه های نزدیک به دیواره و لایه های نزدیک به کف لیوان می گردد.
    خوب حالا به سراغ جریان آب در بستر رودخانه می رویم. عبور جریان آب همانند جریان چرخشی چای در لیوان با عوارض غیر یکنواخت در دیواره و کف رودخانه مواجه است. که سبب یک توزیع افزایشی سرعت از کف به سطح آب می شود. وجود سرعتهای متفاوت سیال مطابق قانون معروف برنولی موجد لایه های جریان آب با فشارهای متفاوت است که موجد یک جریان گردشی بین سطح و کف بستر رودخانه می شود. برآیند این جریان گردابی آرام با جریان اصلی رودخانه یک جریان پیچ واره پیش رونده است که در طول رودخانه جریان می یابد. این جریان پیچ واره مسبب فرسایش خاک در یکی از کناره ها و تجمع آن در کناره دیگر می شود و به این دلیل چرخش تدریجی مسیر رودخانه را سبب می شود.
    ژئولوژیستها معتقدند اگر بتوان از موانع تصادفی حادث در سر راه رودخانه ها صرف نظر نمود، مسیر شکل گیری آنها خیلی نزدیک به سری منحنیهای موسوم به اولر در ریاضیات است. اگر دو سر یک خط کش فلزی را در دست بگیرید و با یک فشار آنرا خمیده کنید یک منحنی اولر خواهید داشت. ویژگی جالب توجه این منحنی آن است که متوسط مجموع خمشهای پدید آمده در طول خط کش در این حالت از مینیموم مقدار ممکن برخوردار است یعنی تابع زیر از حداقل ممکن برخوردار است.
    در واقع آب رها شده در یک سطح بدون مانع که به ناچار می باید مسیرهای پیچشی را طی کند به ناچار اقتصادی ترین مسیرها که منطبق بر منحنیهای اولر هستند را برای پیچش انتخاب می کند.