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对于水的无穷疑问

时间:2022-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:列奥纳多·达·芬奇以散文般的方式讲述他的计划。事实上,复杂的地形是河流发生弯曲的主要原因之一,这是不可抗拒的。列奥纳多所揭示的入射运动和反射运动,其驱动力实际上都是地转偏向力。流速较快的水流对河床造成的冲蚀较大。

大英图书馆说明

这一页充满了列奥纳多·达·芬奇的思想、随笔、思考,以及诗人般的沉思默想。从他对地球本身的沉思到他对水的实际研究,涉及的主题很宽泛。他问道:“是否风的运动也和水一样,能被弯曲变形或呈直线?”

列奥纳多·达·芬奇对地中海盆地提出了一个特别遥远的未来展望,那时地中海将变成一条孤单的河流:“地中海光秃秃地将底部暴露无遗,只剩下一条巨大的河道有水流流动。水流流向大洋,将所有支流注入的水一起倾注到大洋。”

列奥纳多·达·芬奇继续描述他对自然现象所假设出的困惑,比如阿迪杰河的洪水及大水灾:“为什么阿迪杰河每七年涨一次,每七年落一次?是因为干旱的缘故还是因为雨量过大?大水灾过后,为什么河流变得既深又清澈?而洪水前却是河道较宽,河水浅而湍急?”

几乎同时,列奥纳多·达·芬奇开始从他原来关注的问题上,转移到他所坚持不断观察的、同他绘画直接有关的空气的颜色上:“水分布于大气之中,并且自身变成看不见、摸不着的细微颗粒,从太阳那里接收光芒,并反射出可见光,因此我们才能看到大气的光亮。大气中显现出蓝色,是因为在大气层背后隐隐潜藏着黑色的缘故。”

列奥纳多·达·芬奇以散文般的方式讲述他的计划。他的计划听起来像是包罗万象的故事一样,而不像是他在做研究计划。

河流弯曲的原因

在这篇手稿当中,列奥纳多·达·芬奇提到:“为什么蜿蜒的河水一边比另一边高,而且不断变化?这是因为,在水冲击堤岸的冲击点处,入射运动变化为反射运动。为什么在整个绕来绕去的河流中,水浅的地点出现在反射运动转化为入射运动的地方?在七绕八弯的河流中,河流较深处的水流直线,为什么很难跟河岸线平行?”他用水流的入射运动和反射运动来解释河流弯曲的原因,这是很有道理的。

事实上,复杂的地形是河流发生弯曲的主要原因之一,这是不可抗拒的。尽管河流在亘古的流淌之中甚至能劈开山脉,但是即使在宽阔的平原地带,河流往往也会发生弯曲而蜿蜒流淌。

列奥纳多所揭示的入射运动和反射运动,其驱动力实际上都是地转偏向力。因为地球本身自西往东自转,这就会产生一个地转偏向力,使得北半球的河流冲洗右岸比左岸更厉害,而南半球则恰恰相反。

因为这样,北半球的河流右岸就会被河流冲刷进去,而凹进去的右岸不断承受河流变本加厉的冲击,越来越退缩;相对于右岸,左岸的水流越发缓慢,河流当中携带的泥沙就会沉淀下来,使左岸“发展壮大”。这样日复一日,河流的曲线率就会越来越大,呈现弯弯曲曲的流向。

二十四项案例

  当落水撞击到海底的撞击点,如何测量水的深度?

水流是否在冲击到底部反弹的过程中也形成一定的角度?两股相互碰撞、相互冲击的水流如何在河床上形成角度?流速较快的水流对河床造成的冲蚀较大。如果水流流入较窄的直流水道,因为水道较窄,按照比例,这条水道比流过来的水道要深很多。如果水流所接纳的另一股横向水流较窄,因为其本身比较宽,则所形成的水道相对比较浅。

水流最深处出现在几条水流交汇的地方。如果将一条河道拓宽,则水深随之变浅。在大海中,两三条以上的水流相互冲击的时候,反射运动会呈现出圆形,变成漩涡,并在交汇点很快形成较深的冲击坑。较浅处则会出现在靠近上述圆周运动中心的地方,但是那儿会出现泥沙沉淀,紧靠着的地方出现砾石,最深的地方则是比较重的物体——这些东西不会轻易随波逐流。

但在外海,如果圆周运动是靠自己的作用脱离开了水流直行的方向,那么在水流圆周运动交汇处,那里的水较浅。就水流从漩涡分开而形成的圆锥体而言,交汇点在其顶部且最湍急,而在其脚下水则开始变深。当水从堤坝的任何地方喷涌而出,其余的堤坝就会变得相对安全,不会再遭到破坏。假如从堤坝的裂口涌出的水射程较远(换句话说,堤坝壁很厚),那么在通过裂口流出的水流中部会形成深坑——也就是说,水流在这个地方完成了地面以上的射水弧度。

但是如果堤坝壁比较薄,那么水流经由裂口流出,根本来不及形成什么有弧度的射水。而弧度下方所形成的水洼很浅,在水流冲击的底部,冲击点周围则最深。

河水深度一般在水波形成的弧度下方较浅,而在波峰之间较深,也就是在波浪之间的地方。携带着物体的水流,经常连带物体一起,在笔直的河流中直接冲入河岸或冲到障碍物上。这样水流在河岸比较薄弱的地方弯曲并向两边分开,只要漂浮的物体形成新的障碍,水流就会另辟蹊径,流入新的水道。一旦障碍物从最脆弱的地方破裂,水流会形成新的方向,这样持续不断,一波连着一波。

因水流动在河床底部产生的障碍物,紧跟着快速流动的水慢慢前进。因为冲击障碍物的水从沙洲的底部慢慢将泥沙搬移到顶部,随后较轻的部分立即随着水流以同样的速度前行,比较重的部分则变得松散,并下滑到沙洲对面,下滑的斜坡比起沙洲上升的部分,显得更加陡峭。到达沙洲脚下后,这些泥沙停息下来,一层掩着一层,因为同样的原因,新的泥沙又会形成新的障碍,这样每个障碍物的底部,一层一层逐步彻底搬迁,直到沙洲后方彻底被前方转移来的泥沙掩盖。然后水继续冲击,沙洲继续升高,障碍物的底部又重新开始遭到破坏,然后沙洲再次越过坑洼,持续不断地向前推进,直到水流受到更为强大的水流的冲击,使这些障碍物粉身碎骨,被激流带走,水流也就突然变得异常湍急。这时候,泥沙和水流以同样的速度匆匆忙忙地前进,直到水流到达平缓宽敞的地带,水流的冲击力会慢慢减速,也不再有力量承载这些泥沙。这样会再一次形成上面提到的沙洲障碍,也重新开始持续不断地改头换面。流速越快,水流越是湍急。

而且在同一条河流中,水流越慢,越显得清澈。障碍物之间的间距在顺水方向长度越长,则流经的水流越有力;间距越短,则水流越慢。水流集中穿过比较狭窄的水道,这部分水道变得较深。如果河水四散,则那部分变得较浅。如果小河水流汇入大河水流,则小河水流会减速,小河水流会窜入大河水流的底部。这一现象可以在大河湍急的水流中观察到——当大河底部被掀起,会如洞穴一般,露出小河清澈的水流。

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