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娘子关、高平夕阳河、中条铁柱喋血中州

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日志

 
 

爱因斯坦鲜为人知地质秘密:河流侵蚀巴尔定律被解/图  

2013-03-04 22:54:47|  分类: 科学,探索发现,解 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  由国际空间站工作人员拍摄的图片,显示出美国犹他州的鲍威尔湖及其附近的一段废弃河曲——Rincon

  北京时间1月31日消息,在寻常人眼中,爱因斯坦是一位钻研空间和时间物理定律的科学家,提出了著名的狭义相对论和广义相对论,但他在业余时间也做过很多其他学科的研究,撰写过不少相关的论文,包括一篇人们熟知的涉及化学和布朗运动的文章。在地质学领域,他还曾研究过巴尔定律,并对河流的侵蚀机制提出了个人见解。

  或许很多人都未曾听说过巴尔定律,这主要有两个原因:一是该定律并未在现实世界中发挥实际的作用;二是卡尔·恩斯特·冯·巴尔(Karl Ernst von Baer)和爱因斯坦一样,他在其他领域的成就太过突出,以致掩盖了在地质学上的工作。

  冯·巴尔对胚胎学的研究持续了一生,揭示了从鸟类到人类等物种的发育过程。他指出,在胚胎发育的不同阶段,不同生物体的外形可以非常相似。事实上,正是他开启了胚胎学领域的研究。不过,他也花了一些时间在地质学上,并提出了有关河流侵蚀的理论。巴尔定律在河流中的体现相当于科里奥利效应,后者指出长距离运动的物体会受到地球自转的影响。

  地球本身是一个旋转体系。想象一下你站在北极点,朝设置在赤道上的靶子投掷一个球体。由于你基本上处于静止状态,而靶子会因地球自转而一直高速移动——一天就能绕地球一圈——因此从你的角度看去,靶子向左移动,而球的运行轨迹向右弯曲。科里奥利效应的奇妙之处就在于,当你急速跑到赤道上,接住这个球,往北极方向再扔过去的时候,球的轨迹还是向右弯曲。这是什么原理呢?当你在赤道上向北极点望去的时候,看起来是在一条直线上,但实际上你一直处在不断地向右移动中,你抛出的球在高速运动中也会向右偏,因而其轨迹看起来向右弯曲。在南半球也是同样的情况,只是物体会向左偏离。

  冯·巴尔——和爱因斯坦——提出,不单单只有空气和固体具有会出现这种现象,河流也会受到这种拉力的影响。在北半球,河流流向右侧受到的侵蚀通常较严重,而左侧河岸则较为平缓。南半球的情况则与此相反。这就是巴尔定律的内容,但当时人们并不清楚其中的机制。

  爱因斯坦的论文中指出,在水流冲刷河岸的过程中,河岸受到一股向内的推力,相当于水流对其向外的推力,这就沿着河岸建立起一个压力梯度。沿着河流底部流淌的水体受到摩擦作用速度减慢,导致向外的推力减小,因而压力梯度会从侧面向中间侵蚀河床。爱因斯坦认为,这就是河流一侧被侵蚀,以及河床形成的机制。

  如果对世界各地的河流进行调查,你可能不会找到太多这种侵蚀严重的河岸,因为相比河流流速和当地地形等因素,这一定律产生的效应十分有限。当然幸运的是,有了这两位伟大科学家的业余工作,我们对这一问题的验证并没有花费太多时间。

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