Cuando la gente construye Las presas, enormes muros que retienen lagos y ríos enteros, deben construir un canal de desbordamiento, conocido como canal de desbordamiento, que es una mitigación contra las inundaciones.

Un desbordamiento podría ser tan simple como un camino para que el agua fluya sobre la presa o más complicado como un canal lateral. A veces, solo hay un gran agujero en la parte inferior de la presa (en el lado seco) para que el agua pueda salir disparada como un enorme cañón de agua. Así funciona en la central hidroeléctrica brasileña Funil. Hay un buen vídeo El agua sale, parece un río en el aire porque así es básicamente es un río en el aire.

Sin embargo, la física realmente genial de este canal de desbordamiento es que la velocidad del agua que sale del agujero depende principalmente de la profundidad del agua detrás de la presa. Una vez que el agua sale del tubo, esencialmente actúa como una pelota lanzada a la misma velocidad. Sí, ya sabes lo que voy a hacer: voy a usar la trayectoria del agua que sale del desbordamiento para estimar la profundidad del agua en el depósito.

En realidad, existe un nombre para la relación entre el flujo de agua y la profundidad: se llama Ley de Torricelli. Imagina que tienes un balde de agua y haces un agujero en el costado cerca del fondo. Podemos usar la física para determinar la velocidad del agua a medida que fluye.

Consideremos primero el cambio en el nivel del agua durante un intervalo de tiempo muy corto a medida que el agua se drena. A continuación se muestra un diagrama:

Ilustración: Rhett Allain

Si miras la parte superior del balde, el nivel del agua baja, aunque solo sea un poco. No importa cuánto baje el nivel del agua. Lo que nos interesa es la masa de esta agua, a la que me refiero como dmetro. En física, usamos «d» para representar una cantidad diferente de material, por lo que podría ser solo una pequeña cantidad de agua. Esta disminución en el nivel del agua por encima significa que el agua debe fluir en algún lugar. En este caso, pasa por el agujero. La masa del agua que sale también debe ser dmetro. (Debe vigilar toda el agua).

Miremos ahora esto desde un punto de vista energético. El agua es un sistema cerrado, por lo que la energía total debe ser constante. En este caso, hay dos tipos de energía en los que pensar. Primero, hay energía gravitacional potencial (U.GRAMO = mgy). Esta es la energía asociada con la altura de un objeto sobre la superficie terrestre y que depende de la altura, masa y campo gravitacional (GRAMO = 9,8 N / kg). El segundo tipo de energía es la energía cinética (K = (1/2) mv2). Esta es una energía que depende de la masa y la velocidad (v) de un objeto.