爱因斯坦与河流蜿蜒之谜

河流如蛇一般蜿蜒

世界上的河流,不论是小溪流还是大江大河,都是蜿蜒流淌的,除了人工运河外,没有一条自然形成的河流是沿着直线向前奔流的。

爱因斯坦与河流蜿蜒之谜

水往低处流,雨水或雪水在倾斜的地势上就会从较高处向较低处流淌,形成水流。但即使是扁“v”形的山谷(这样的地势一般在两山相夹的地带),水流也不会安稳地沿着谷底由高到低流淌,总是弯弯曲曲,左拐右拐,形成了围绕山谷谷底的曲线。其实按理说,沿着v形山谷的谷底流淌应该是水最喜欢的,因为沿着这条线的地势高低落差最大,若是左拐右拐,水流淌的动力和落差反而减小了,可是水却偏不按落差最大、最短的线路走,偏要左拐右拐,这是为什么呢?

更有意思的是,河流弯曲的形状也是不断变化的,在变化过程中,经常会生出一个像希腊字母Ω形状的湖泊出来!湖泊没有活水进来,不长时间也就干涸了,留下一个个干涸的Ω痕迹。

这种情况经常让架桥的人类尴尬,如果不进行细致的观察,把桥架在了一个经常挪窝的弯曲河段的话,不几年,那条河就有可能从桥头原来的陆地上冲出一条河道来,把桥甩在了一边。更糟糕的情况是桥直接就被蜿蜒而来的河段冲毁坍塌。

爱因斯坦与河流蜿蜒之谜

这些有意思的现象很常见但又很难解,曾经有很多科学家都想解释为什么河流非要蜿蜒流淌,蜿蜒前行。甚至连爱因斯坦也上阵了,有爱因斯坦的参与,河流的蜿蜒之谜也算是有比较清楚的解释了。

爱因斯坦泡茶时灵光一现

爱因斯坦高明在于他是用思想来模拟事物,用思想来做实验的。

不过关于河流蜿蜒之谜,爱因斯坦是在泡茶的时候顺便解决的。爱因斯坦在泡茶时发现,茶壶里的茶叶一般是沉降散布在壶底的,如果用勺子在茶壶中搅一搅,会发现这时的茶叶全部都会聚集到壶底的中央,这是因为漩涡中心的压强低,物质会随着旋转的水流聚向漩涡的中心。这个过程就好像漩涡能够从周围抢东西似的。

爱因斯坦认为河水在流淌过程中总是受各种因素的影响,不会直线流淌,而是充满了许许多多的漩涡,边打着旋儿边向前流淌,即使是在非常光滑笔直的管道中,水若流动太快,湍动的漩涡也会产生。这些漩涡会把周边的物质搅向漩涡的中心。因此,河岸总是遭受着水流漩涡的抢劫,被水流漩涡不断地抢走松动的土石,特别很松软的河岸,在河流冲击下,身体被掏空了,出现了凹坑,这凹坑一旦出现,水流更容易在此处形成抢夺力更强的漩涡,于是河岸侧壁凹陷越来越大,逐渐形成了河流的一个弯曲河段。河流的所有弯曲河段就是这样形成的。

由于河岸侧壁总是有薄弱地带,因此河流也就会出现很多个弯折,弯弯曲曲,蜿蜒流淌。

牛轭湖的来历

河流蜿蜒的形状之谜揭开了,那么对于河流留下的Ω痕迹就容易解释了。

弯曲河段一旦形成,其弯曲的程度就会不断发展和扩大。这容易理解,因为在水流绕过弯折的过程中,会因离心力对河岸的冲刷更大,于是弯曲的河段会被冲刷得越来越弯曲,有的最后竟然又回到原来河道的方向上来,使河道弯曲成一个近似的圆。但河流又会寻找一条捷径,抛弃弯曲河段,重新形成一条河道。被抛弃的河段就形成一个弯曲的湖,人们把这种圆圈般的湖叫做“牛轭湖”,因其形状像牛拉车用的牛轭而得名。这牛轭湖由于没有活水进出,不长时间之后,就会干涸掉,变成圆圈形的痕迹。

爱因斯坦与河流蜿蜒之谜

抛弃了弯曲河段的河流会继续上述的过程,在另一个地方又鼓出一个弯曲鼓包来,鼓包的不断发展又会形成一个牛轭湖……这样天长地久,河流就会在它流经的区域形成很多弯曲的旧河道,地理上叫做“滚动条”,例如俯瞰我国的松花江,就会发现牛轭湖和很多滚动条。这些都是河流蜿蜒的历史痕迹。


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