Управление потоком воды является одной из основных задач современной инфраструктуры, от затопления рек до ирригационных каналов, ливневых канализационных сооружений до акведуков и даже водосливов плотин. Таким образом, инженеры должны быть в состоянии предсказать, как вода будет вести себя, чтобы проектировать структуры, которые управляют или контролируют ее. И жидкости не всегда ведут себя так, как вы ожидаете. Привет, я Грейди, а это практическая инженерия.В сегодняшнем эпизоде ​​мы говорим об одном из самых интересных явлений в потоке в открытом канале: гидравлическом прыжке.

Динамика жидкости может звучать так же сложно, как ракетостроение, но в отличие от ракет, у вас, вероятно, уже есть некоторые представления о том, как течет вода. Изучение поведения воды со свободной поверхностью, которая не ограничена трубой, известно как гидравлика открытого канала. Эта область особенно полезна в гражданском строительстве, где конструкции обычно не могут быть испытаны в масштабе.Мы не можем построить плотину, вызвать наводнение, чтобы увидеть, насколько хорошо работает водосброс, а затем восстановить его, если производительность не соответствует стандартам. Вместо этого инженеры должны быть в состоянии предсказать, насколько хорошо будут функционировать гидротехнические сооружения до того, как они будут построены. Это определение техники: взять теоретические знания науки и физики (в данном случае гидродинамику) и применить эту информацию для принятия решений о реальном мире.

Одним из наиболее важных параметров в гидродинамике является скорость, или скорость потока воды.Иногда скорость — это хорошо, например, когда вы пытаетесь быстро перемещать много воды, например, во время наводнения. Иногда скорость это плохо, например, если вы пытаетесь избежать эрозии. В любом случае, это почти всегда ключевой критерий при проектировании гидротехнических сооружений. Но скорость потока — не единственная скорость, которая важна в динамике жидкости. Мы также заботимся о скорости волн или о том, как быстро могут распространяться возмущения давления в жидкости. Если скорость потока точно равна скорости волны, мы называем поток критическим.Но более вероятно, что эти две скорости различны. Медленные, спокойные условия потока называют докритическими. В этом случае скорость волны выше скорости потока. Вы можете видеть, что волны могут двигаться против направления потока. Из-за этого глубина контролируется условиями ниже по течению. Вы можете видеть, что все, что я делаю вверх по течению, не меняет глубину этого потока. Быстро движущийся поток называется сверхкритическим. В этом случае скорость потока выше скорости волны. Вы можете видеть, что волны не могут распространяться вверх по течению.Сверхкритический поток контролируется на стороне входа, поэтому ничто из того, что я делаю вниз по потоку, не влияет на глубину сверхкритического потока выше.

Профиль потока может естественным образом переходить от докритического к сверхкритическому (то есть от медленного к быстрому), например, если канал изменяется на более крутой склон или обрыв. Многие типы устройств измерения расхода полагаются на принудительное переключение потока из субкритического в сверхкритическое состояние, поскольку для заданной геометрии будет уникальное соотношение между расходом и глубиной.Возможно, мы поговорим больше об измерении расхода в будущем видео. Но когда поток переходит в другое направление — когда быстро движущийся сверхкритический поток переходит в более спокойное докритическое состояние — происходит нечто гораздо более интересное: гидравлический прыжок.

Классическую демонстрацию гидравлического прыжка можно увидеть в нижней части вашей раковины. Откройте кран и посмотрите, как ведет себя поток. Вы можете видеть быстро движущуюся воду, когда поток попадает в раковину, и резкий переход гидравлического прыжка в более медленный поток.Но демонстрация раковины — не лучший пример, потому что это происходит из-за поверхностного натяжения, а не силы тяжести. Плюс это немного скучно. Поэтому я построил этот дымоход в своем гараже, чтобы вы лучше познакомились с гидравликой. Если я чуть-чуть открою входные ворота, я смогу создать сверхкритический поток в канале. Теперь, если я блокирую область ниже по течению, я могу заставить поток перейти в докритическое состояние. Прямо там, где поток переходит, вы можете ясно увидеть гидравлический прыжок.

Это явление происходит естественным образом в определенных местах.Крутые горные потоки часто имеют сверхкритическое течение, врезающееся в скалы и изменяющее склоны, создавая белую воду и турбулентность и случайный гидравлический скачок. Кроме того, приливная волна возникает, когда входящий прилив образует волну, которая течет вверх по течению против реки. Эти события происходят только в нескольких местах по всему миру, но это удивительно, если вы видите это лично. Во многих случаях канал движется как движущийся гидравлический прыжок, похожий на то, что вы видите здесь, в моем канале. Но прыжки — это не просто природные явления.Они также важны для гидравлических конструкций, особенно для рассеивания энергии.

Основная часть работы инженера-строителя, работающего в области гидравлики, заключается в проектировании против эрозии от потока воды. Когда мы пытаемся контролировать поток воды, это часто приводит к возникновению быстрых, эрозионных условий. Например, когда мы помещаем воду в водопропускную трубу, а не позволяем течь по проезжей части, она может набрать скорость в трубе. Когда мы выравниваем канаву или ручей с бетоном, плавность ускоряет поток по сравнению с естественными условиями.И когда мы производим выбросы из водохранилища за плотиной в водосброс, вода может реветь с очень высокой скоростью. Этот сверхкритический поток может вызвать эрозию и в конечном итоге привести к разрушению конструкции. Таким образом, большинство гидротехнических сооружений будет оснащено той или иной формой рассеивателя энергии на нижнем конце, чтобы снизить скорость потока и защитить от эрозии.

Существуют все виды гидравлических рассеивателей энергии, но для крупных конструкций, таких как водосливы, наиболее распространенные типы основаны на гидравлическом прыжке.Поскольку гидравлический скачок вызывает сильную турбулентность, он способен эффективно рассеивать гидравлическую энергию в виде тепла. Так много рассеивателей энергии, также называемых тихими бассейнами, предназначены для того, чтобы вызвать гидравлический скачок. Существует много типов неподвижных бассейнов, но в большинстве из них используются различные комбинации блоков, концевых подоконников и общей геометрии, чтобы контролировать форму гидравлического прыжка. Турбулентность остается в неподвижном бассейне с целью обеспечения плавного, спокойного, докритического потока, выходящего вниз по течению, сводя к минимуму возможность эрозии, которая в противном случае угрожала бы целостности конструкции.

Гидравлические прыжки служат не только для утилитарных целей. Во всем мире можно найти развлекательные курсы по очистке воды, и многие из этих курсов используют гидравлические прыжки в качестве искусственных порогов. Фактически, многие каяк-парки начинали как устаревшие плотины, нуждающиеся в удалении, что является прекрасной возможностью для замены чем-то более полезным для общества и окружающей среды. Фристайл каякинг, также известный как плавание на лодках, включает в себя выполнение трюков в одном месте. Playboaters используют естественные и искусственные гидравлические прыжки, чтобы оставаться на одном месте.Я никогда не пробовал это сам, но это выглядит очень весело. В следующий раз, когда вы увидите, что вода течет в открытом канале, попробуйте определить, является ли она субкритической или сверхкритической, и не спускать глаз с гидравлических прыжков. Спасибо за просмотр, и дайте мне знать, что вы думаете!

Авария | безопасность | Британика

Авария , неожиданное событие, обычно внезапное по своей природе и связанное с травмой, потерей или вредом. Аварии являются общей чертой человеческого опыта и приводят к травмам или постоянной нетрудоспособности для большого числа людей во всем мире каждый год. Многие аварии также связаны с повреждением или потерей имущества. Несчастные случаи могут произойти где угодно, в том числе дома, во время транспортировки, в больнице, на спортивной площадке или на рабочем месте.Благодаря соответствующим мерам предосторожности и осведомленности о своих действиях и окружающей среде можно избежать или предотвратить многие аварии.

Подробнее на эту тему

детские заболевания и расстройства: несчастные случаи

В развитых странах несчастные случаи приводят к большему количеству жертв и инвалидности среди детей (кроме младенцев), чем любые заболевания. Дорожно-транспортное движение …

Во всем мире дорожно-транспортные происшествия являются основной причиной смерти, и, несмотря на повышение безопасности автомобилей, прогнозы показывают, что смертность от дорожно-транспортных происшествий значительно возрастет к 2030 году из-за увеличения числа владельцев транспортных средств.Примеры причин дорожно-транспортных происшествий включают превышение скорости, вождение в нетрезвом виде, отвлеченное вождение и неопытное вождение. Хотя ремни безопасности могут спасти жизни, миллионы людей не могут их использовать. Точно так же шлемы являются эффективным средством защиты мотоциклистов от черепно-мозговой травмы и смерти, однако многие гонщики предпочитают не носить шлем.

Дорожно-транспортные происшествия приводят к различным травмам и часто к постоянной нетрудоспособности. В попытке ограничить часть этого ущерба, законы по всему миру были приняты специально для повышения безопасности дорожного движения.Например, некоторые штаты США ввели универсальные законы о шлемах, требующие от всех мотоциклистов и пассажиров носить защитные шлемы. Некоторые правительства налагают штрафы на водителей и пассажиров, которые не пользуются ремнями безопасности. Несчастные случаи, связанные с автобусами, также приводят к травмам большого числа людей, и это привело к обязательному использованию ремней безопасности в некоторых местах. Средства безопасности на автомобилях, в том числе ремни безопасности, усиление бокового удара и подушки безопасности, способствовали уменьшению числа травм и смертельных случаев.Определенные изменения в конструкции автомобильных бамперов и ветровых стекол были направлены на то, чтобы нанести меньший вред пешеходам, которые могут пострадать. Профилактические меры, такие как кампании по опасности вождения в нетрезвом виде, соблюдение ограничений скорости, использование камер для обнаружения нарушителей правил дорожного движения и просвещение детей о безопасности дорожного движения, помогли повысить осведомленность общественности о важности мер безопасности на дороге. ,

Несчастные случаи во время занятий спортом уже давно стали причиной изнурительных травм.Со времени появления современных организованных видов спорта в 18 веке во всех видах спорта, особенно тех, которые связаны с контактами, таких как бокс, американский футбол и регби, произошли серьезные травмы, инвалидность и смерть. Спорт, в котором человек поднимается над землей, такой как верховая езда, альпинизм и скалолазание, является причиной большого количества травм головы и позвоночника, а также переломов. Со второй половины 20-го века число видов спорта, которые преднамеренно подвергают опасности, так называемые экстремальные виды спорта, быстро росло и привело к сопутствующему количеству травм.

В некоторых видах спорта изменения в правилах и оборудовании для обеспечения безопасности помогли снизить частоту и серьезность несчастных случаев на спортивной площадке. Однако такие действия не устраняют травмы. Например, несмотря на более строгие меры наказания за незаконную проверку в хоккее с шайбой и контакт между шлемами в американском футболе, сотрясение мозга остается основным источником длительной инвалидности в этих видах спорта.

Несчастные случаи в доме

Дом является местом для многих несчастных случаев. Лестницы, ванные комнаты и кухни представляют особую опасность, равно как и подсобные помещения, аптечки, сады и бассейны. Среди детей в возрасте до пяти лет падения, ожоги, удушье, отравление и утопление являются распространенными причинами травм или смерти в домашних условиях. Падения также распространены среди пожилых людей.

Ряд факторов может привести к несчастным случаям в доме. Плохой надзор или плохие жилищные условия могут увеличить риск несчастных случаев в доме для детей.Например, дети без присмотра могут подавиться маленькими предметами, которые были в пределах их досягаемости. Аналогичным образом, плохая электропроводка и недостаточная пожарная безопасность могут привести к серьезным травмам и потере имущества в результате пожара.

Несчастные случаи в больнице

Несчастные случаи, связанные с процедурами или приемом лекарств, могут происходить в больницах и иногда приводить к постоянной нетрудоспособности. Например, использование таких инструментов, как щипцы, в редких случаях может привести к травме головного мозга при рождении. В некоторых случаях могут возникать ошибки, связанные с приемом лекарств, при которых пациентам в больнице дают неправильное лекарство или слишком много или слишком мало лекарства.Такие ошибки могут иметь серьезные неблагоприятные последствия для пациентов. Госпитализированные лица также подвержены внутрибольничным инфекциям или инфекциям, связанным со здравоохранением, которые в крайних случаях могут привести к смерти.

Профессиональные опасности существовали всегда, но они стали особенно заметными с появлением современных фабрик, шахт и литейных заводов в 19 веке. Такие отрасли, как строительство и добыча полезных ископаемых, в которых используется тяжелое оборудование, связаны с повышенным риском получения тяжелых травм.Постоянная и повторяющаяся работа может привести к травмам, таким как препателлярный бурсит (или биение колена, вызванное постоянным стоянием на коленях) и синдром вибрации кисти и руки (или вибрация белого пальца, вызванная длительным воздействием вибрирующих инструментов). Длительное воздействие таких материалов, как асбест, может привести к хроническим заболеваниям, таким как мезотелиома. Занятия, которые связаны с длительным сидением или набором текста, всегда сопряжены с их собственным набором рисков. Например, туннельный синдром запястья, который может быть вызван тем, что он опирается на запястья во время работы за компьютером, является одним из наиболее распространенных повторяющихся стрессовых травм на современном рабочем месте.

Исторически сложилось так, что для предотвращения несчастных случаев было мало средств безопасности, и длительное воздействие опасных химических веществ могло привести к серьезным нарушениям здоровья и смерти. До того, как владельцы предприятий были призваны сделать свои рабочие места более безопасными, многие работники пострадали в результате несчастных случаев. Когда результатом была постоянная нетрудоспособность, часто этот работник был обречен на бедную жизнь, так как компенсация за его или ее травму зачастую была незначительной. Рост медицины труда в индустриальную эпоху, сопровождаемый повышенным признанием профессиональных рисков, привел к улучшению мер защиты для работников.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica: