Bendungan Ini Bertindak Seperti Meriam Air. Ayo Lakukan Fisika!


Ketika orang membangun bendungan—dinding raksasa yang menahan seluruh danau dan sungai—mereka harus membangun saluran pelimpah yang disebut spillway, mitigasi terhadap banjir.

Sebuah spillway bisa menjadi sesuatu yang sederhana seperti jalur air mengalir di atas bendungan, atau lebih rumit, seperti saluran samping. Terkadang, hanya ada lubang besar di dasar bendungan (di sisi yang kering) sehingga air bisa keluar begitu saja seperti meriam air besar. Ini adalah cara kerjanya di Pembangkit Listrik Tenaga Air Funil di Brasil. Ada video yang bagus menunjukkan air yang keluar — terlihat seperti sungai di udara, karena pada dasarnya aku s sebuah sungai di udara.

Tetapi fisika yang sangat keren dari pelimpah ini adalah bahwa kecepatan air yang keluar dari lubang sebagian besar hanya bergantung pada kedalaman air di belakang bendungan. Setelah air meninggalkan tabung, pada dasarnya bertindak seperti bola yang dilemparkan dengan kecepatan yang sama. Ya, Anda tahu apa yang akan saya lakukan: Saya akan menggunakan lintasan air yang meninggalkan spillway untuk memperkirakan kedalaman air di reservoir.

Sebenarnya ada nama untuk hubungan antara aliran air dan kedalaman—itu disebut hukum Torricelli. Bayangkan Anda memiliki ember penuh air dan Anda membuat lubang di sisi dekat bagian bawah. Kita dapat menggunakan fisika untuk menemukan kecepatan air saat mengalir keluar.

Mari kita mulai dengan mempertimbangkan perubahan ketinggian air selama interval waktu yang sangat singkat saat air mengalir. Berikut adalah diagramnya:

Ilustrasi: Rhett Allain

Melihat bagian atas ember, ketinggian air turun—walaupun hanya sedikit. Tidak masalah seberapa banyak tingkat air berkurang; apa yang kami minati adalah massa air ini, yang saya beri label sebagai dsaya. Dalam fisika, kami menggunakan “d” untuk mewakili jumlah barang yang berbeda, jadi ini bisa saja sejumlah kecil air. Penurunan ketinggian air di bagian atas ini berarti bahwa air harus mengalir di suatu tempat. Dalam hal ini, ia pergi melalui lubang. Massa air yang keluar juga harus dm. (Anda harus melacak semua air.)

Sekarang mari kita pikirkan ini dari perspektif energi. Air adalah sistem tertutup, sehingga energi total harus konstan. Ada dua jenis energi untuk dipikirkan dalam hal ini. Pertama, ada energi potensial gravitasi (kamug = mgy). Ini adalah energi yang terkait dengan ketinggian suatu benda di atas permukaan bumi, dan itu tergantung pada ketinggian, massa, dan medan gravitasi (g = 9,8 N/kg). Jenis energi kedua adalah energi kinetik (K = (1/2)mv2). Ini adalah energi yang bergantung pada massa dan kecepatan (v) dari suatu objek.


Diposting oleh : joker123