Главная страница  Физика природных явлений 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 [ 105 ] 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117

устойчиво - случайно возникшее искривление речного русла будет, согласно законам физики, не сглаживаться, а, напротив, все более усиливаться. В итоге русло реки оказывается чередованием изгибов то в ту, то в другую сторону - река извивается подобно ползущей змее, или, как обычно говорят, петляет.

Периодические изгибы извивающегося русла реки, равно как и периодические изгибы океанского течения, ледника, ручья на поверхности ледника и т. п., называют меандрами. Вместо извивы рек или периодические изгибы рек говорят меандры рек . Данный термин происходит от древнегреческого названия Меандр - одной из рек в Турции; русло этой реки отличается особенно сильными изгибами. Ее современное название - Большой Мендерес.

Почему в озеро втекает много рек, а вытекать может только одна?

Прежде всего, заметим, что существуют озера, из которых не вытекает ни одной реки - их называют бессточными. К ним относятся, например, озера Балхаш и Иссык-Куль в СССР, озеро Чад в Африке, озеро Ван в Турции. Бессточными являются также Каспийское и Аральское моря.

Любопытно, что если из озера вытекает река, то практически всегда одна. Количество втекающих в озеро рек может быть каким угодно, но вытекает только одна. В Байкал втекает 336 рек, а вытекает только Ангара. Вот небольшой перечень озер в СССР, имеющих сток. Из каждого вытекает только одна река: из Ладожского озера вытекает Нева, из Онежского озера - Свирь, из озе-

ра Ильмень - Волхов, из Чудского- Нарва, из озера Зайсан - Иртыш, из озера Ханка - Сунгача (приток Уссури). Великие озера в США и Канаде (Верхнее озеро, Гурон, Мичиган, Эри, Онтарио) имеют сток по единственной реке - Святого Лаврентия. В Канаде из Большого Невольничьего озера вытекает река Маккензи, а из озера Виннипег - река Нельсон.

Тот факт, что из озера может вытекать только одна река, нетрудно объяснить, обратившись к рисунку К. 7, где дан вертикальный разрез через ложе некоторого озера и изображен рельеф берега. В ситуации, представленной на рисунке К.7,а, запас воды в озере сравнительно невелик, так что стока вод из озера не происходит. Предположим, что в озеро поступает больше воды, нежели испаряется с его поверхности,- в этом случае уровень воды в нем постепенно будет повышаться. Когда уровень воды достигнет уровня наиболее глубокого из возможных (при данном береговом рельефе) стоков, образуется река, вытекающая из озера. На рисунке К.7,б эта река вытекает через сток А. Как только начался сток воды из озера, дальнейшее повышение уровня воды в нем прекращается - весь избыток поступающей в озеро воды будет уходить через функционирующий сток. В результате все остальные потенциальные стоки (например, стоки В, С, D на рисунке К.7,б) так и остаются бездействующими - уровень воды в озере просто не поднимается до их уровня.

Ну а если приток воды в озере оказывается настолько большим, что один сток не справляется с избытком воды? В этом случае уровень воды в озере будет про-



А в с D

А в с D


должать подниматься и, возможно, достигнет уровня, скажем, стока В (см. рисунок). Тогда из озера станут вытекать уже не одна, а две реки. Однако такая ситуация редкая, а главное - она оказывается неустойчивой; причем это возможно лишь для молодых (недавно образовавшихся) озер. Со временем русло, по которому проходит большой поток и где скорость воды больше, будет сильнее размываться: сток воды по этому руслу возрастет. В результате уровень воды в озере понизится, и сток по мелкой реке сначала уменьшится, а потом и вовсе прекратится. В конечном счете всегда выживает только самая глубокая из вытекающих рек.

Почему деревья не растут до неба? Почему особенно крупные животные не бывают грациозными? Почему на суше нет животных крупнее слона? Почему самые крупные животные сохранились в море? Почему не встречаются млекопитающие размером с муху? Почему слон флегматичен, а мышь, напротив, очень подвижна? Вряд ли кто из читате-

лей книги задумывался над подобными вопросами. А между тем вопросы эти позволяют продемонстрировать важность законов физики в живой природе.

Известно, что высота деревьев зависит от многих факторов: породы, возраста, характера почвы, степени затененности данного места, климатических условий. Тем не менее она не может быть сколь угодно большой. Наибольшая высота многих пород деревьев 20...25 м. В отдельных случаях она доходит до 30...40 м. Самыми высокими деревьями являются эвкалипты - их высота достигает 100 м. Но это уже предел - выше деревья не растут.

Как утверждает немецкая пословица, природа позаботилась, чтобы деревья не росли до неба . Чрезмерно высокое дерево не выдержит собственной тяжести. Предположим, что размеры дерева (высота и диаметр ствола) вдруг увеличились в п раз. При этом объем, а значит, и масса дерева возрастут в раз. В то же время площадь основания ствола, принимающая на себя тяжесть дерева, увеличится только в раз. Следовательно, нагрузка на единицу площади сечения ствола возрастет в п раз (нагрузка - это давление, оно равно Mg/s, где М - масса дерева, s - площадь основания ствола, g - ускорение свободного падения). При высоте дерева около 50 м и плотности 0,6 г/см на квадратный сантиметр основания будет давить примерно 30 Н. Представьте себе, что на стоящую вертикально обычную деревянную катушку из-под ниток поставлена трехкилограммовая гиря - такова эта нагрузка. При увеличении всех размеров дерева, например, в 100 раз на катушке



оказалась бы уже трехсоткилограммовая гиря; очевидно, что такая гиря попросту раздавит катушку своей тяжестью.

Есть еще одно (и при том более жесткое) ограничение наибольшей возможной высоты дерева; высота должна быть такой, чтобы соки могли подняться по стволу вплоть до самых верхних веток. Подниматься вверх заставляет соки осмотическое давление. Физическую природу этого давления мы подробно рассмотрим позднее, а пока заметим лишь, что оно составляет примерно 0,1...1 МПа, т. е. 1...10 атм. Как известно, под таким давлением вода поднимается на высоту 10... 100 м,- вот и оценка максимально возможных значений высоты деревьев.

Теперь перейдем к животным. Возьмем в качестве примера бегемота и мелкого грызуна лемминга. Наружные формы тела этих млекопитающих примерно одинаковы, так что в некотором смысле можно, казалось бы, рассматривать бегемота как увеличенного в 25 раз лемминга - этакого Гулливера в стране лилипутов-леммингов. Однако даже с чисто механической точки зрения такое рассмотрение неправомерно. Взгляните на рисунок К.8, где изображены скелеты бегемота (слева) и лемминга (справа), приведенные для удобства сравнения к одинаковым размерам. Хорошо видно, что в строении скелета животных пропорции не сохраняются. У лемминга относительно тонкие кости, тогда как скелет бегемота отличается массивностью - мощные толстые кости ног, мощный позвоночник. Глядя на скелеты, можно догадаться, что лемминг проворен и грациозен, а бегемот, напротив.

неуклюж и неповоротлив. Получается, что количественные изменения (изменения размеров тела животных) потребовали изменений качественных - иных пропорций скелета и иного характера поведения животного.

Все это легко объяснить. Если размеры бегемота в п=25 раз больше размеров лемминга (длина бегемота 5 м, а длина лемминга всего 20 см), то масса бегемота будет в /1=15 625 раз больше массы лемминга. Предположив пропорциональность в строении скелетов этих животных, мы должны были бы заключить, что площадь поперечного сечения костей ног у бегемота только в /г=625 раз больше, чем у лемминга. Но в таком случае кости бегемота испытывали бы в п=25 раз более высокую нагрузку (давление). Естественно принять, что у бегемота прочность костей примерно такая же, как у лемминга, и что, следовательно, они рассчитаны на такое же давление. Отсюда немедленно следует вывод: площадь сечения костей бегемота невп, ав раз больше. Таким образом, при переходе от лемминга к бегемоту длина каждой кости возрастает в п= 25 раз, а ее толщина в /г?=\25 раз; иными словами, отношение длины кости к ее диаметру не сохраняется, а уменьшается (в 5 раз) - кости и весь скелет в целом становятся значительно массивнее, что и демонстрирует рисунок К.8.

Выходит, может заметить читатель, что в своих замечательных книгах о путешествиях Гулливера к лилипутам или великанам Свифт погрешил против физики? Да, погрешил. Его великаны в 12 раз больше нормального человека. По законам физики, человекоподобное существо высотой более 20 м



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 [ 105 ] 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117

© 2000 - 2022 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.