出去戏水的时候,千万别靠近这种貌似人畜无害

本文来自公众号:把科学带回家(ID:steamforkids),作者:实验君,头图来自视觉中国



暑假来了,许多小朋友要出去玩,有些小孩甚至会在野外玩水。


但是今天要告诉你,有一种看起来人畜无害的玩水乐园,实际上是一种危险的杀手。游泳或者玩漂流的时候,最好避开这种区域。


关键概念


水跃


材料和操作


水龙头


塑料盆


打开你家的水龙头,观察水流砸到水池里的时候,外层是否形成了一圈翻滚的水圈,这是怎么回事?



慢慢调整水龙头的大小,让水速变慢,或者加快,看看会发生什么现象?


你也可以用2个盆套在一起做实验,让水从里面的小盆里缓慢流出,观察水流到大盆里的时候,会发生什么变化?水流变快还是变慢了?有没有看到漩涡?


放一个塑料瓶盖子在里面,调整水流大小,试一试,能不能让塑料瓶盖子困在一个位置翻滚?



原理


那个水圈,以及不同流速产生的漩涡,在流体力学上叫做水跃(hydraulic jump)。首个记录水跃现象的人,没错…...又是达芬奇。我为什么要说又?



靠近低矮的水坝(低位差堰)、排水口、激流和平缓的水流交汇处,或者河里突出的岩石附近都是发生水跃的常见区域。这种地方很容易造成溺水,而且是很难救的那种。一起来看看为什么。


美国盐湖城附近的Jodan River的一个浅滩就曾要了皮划艇2夫妻的命。注意到那个球了吗?@Rollin H. Hotchkiss, P. E., Edward Kern, Brigham Young University


缓慢流动的水叫做亚临界流(subcritical),因为在这种水流中,波的传导速度比水速要快。


快速流动的水叫做超临界流(supercritical),也叫急流,因为波的传导速度不及水的流速。


障碍物上游的亚临界流和下游的超临界流 @Missouri Department of Natural Resources


亚临界流和超临界流相遇时会发生什么事呢?此时就会出现水跃。


矮小的水中障碍物,比如地位差堰上游的水流速度一般来说很慢,属于亚临界流。但是,经过障碍物之后,水的流速就变快了,成为了超临界流。


许多人都知道激流非常危险,从事皮划艇运动的人也会在遇到激流时小心翼翼。但是许多人都会忽略在水中障碍物附近的水跃的致命性。


水跃的致命性和它与水中障碍物的距离有关。如果水跃发生在离障碍物较远的位置,此时水跃并不那么危险。


淹没水跃 @Missouri Department of Natural Resources


但是,当水跃就发生在障碍物附近,比如水坝下面的时候,这个现象被称为淹没水跃(submerged jump),或淹死水跃(drowned jump)。光听名字你就能感受它的恐怖了。


淹没水跃 @Rollin H. Hotchkiss, P. E., Edward Kern, Brigham Young University


原来,在淹没水跃附近,会产生一个水流不断循环的区域。如果你没有足够的力气和技巧从这个区域里脱出,你就只能像上图的芭比娃娃男友这样,在淹没水跃里无限循环,最终被淹死。而想要别人游到这儿来这儿救你也是不太现实的,因为救援人员可能也会陷入这个淹没水跃陷阱。


更为恐怖的是,靠近淹没水跃就可能被自动吸入。


淹没水跃吸人 @Rollin H. Hotchkiss, P. E., Edward Kern, Brigham Young University


另外,无生命的物体,比如垃圾很有可能也被困在这个地方不断循环。如果你恰好和这些垃圾相撞,可能就会当场…...emmm


1983年,在科罗拉多河上的一个高度为6米的水跃处,有一艘小艇翻船了,里面的人都被困在了淹没水跃里,最终有人溺水而死。明尼苏达州的自然资源部在1974~2002年间就报告了102起因为地位差堰发生的溺水或受伤事件。


因此,从80年代开始,貌似人畜无害的地位差堰也常常被人叫做完美的溺水机器。出去野外玩的时候,要小心这类地方。



水跃对于要游山玩水的人来说是个潜在的危害,但是它在工程学上也有不少用处。


比如,水跃可以保持下游的较高水位,这对灌溉来说还是挺有用的。另外,水跃还可以在水流中加入空气,水净化处理时也需要用到这个现象。


侦探小说也可以利用这个题材哦,现已加入名侦探柯南豪华套餐。


本文来自公众号:把科学带回家(ID:steamforkids),作者:实验君

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