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《少年科学画报》

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小河流水哗啦啦

2012-07-24 11:38:43


邓 肯 /   芥 末/

 

滚滚长江东逝水,你想不想知道河里共流过多少水?如果我们和一条从山坡上流下来的涓涓细流打交道,它回答这个问题倒不难。只要在小水流下面接上一只水桶,看看表,水流自己就会告诉我们,它用多长的工夫注满了一桶水。

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那怎样来测验小河或小溪的流量呢?这里没法用水桶来接,只好另动脑筋。可以这样做:用一个有水门或者有缺口的墙壁把小河拦住,水只能从水门或缺口流过。再用一个超大的容器接住从水门流出的水,来算出小河在每秒里流过了多少水。

如果不是小河而是大河,那怎么办?如果有一道堤横在河的当中,就好办了。那是比较容易算出从堤的水门流过了多少水的。但如果没有堤呢,总不能为了测量流量而特地修筑起一道堤啊!只得寻找一个新的方法来探知河流的秘密了。

河里的水就像大街上川流不息的人群。在宽阔的大街上,比起狭窄的胡同来,当然可以多走几个人。但是不能忘记速度这个量,人在一步一步地踱着是一回事,如果跑快步,那情形就完全不同了。

河也是一样的,通常,在又宽又深的河床里流过的水,比在又窄又浅的河床里要多得多。但是,如果狭窄的河中的水流得快,而宽阔的河中的水流得慢的话,在相等的时间里,狭窄的河可能会追过开阔的河,比宽阔的河多送些水过去。因此,要测量河的流量,一定要知道它的速度,同时也一定得知道它横剖面的面积。

用标尺、测量杆来测量并计算出河流的横剖面面积倒不难,可速度呢?怎样可以知道速度是多少?第一个念头是向水里丢下一块小木片或者插着小旗子的小木圈,使得在很远地方也可以看得见,然后看一下表,看这只“小舟”需要多长时间来完成10米或100米的旅行。

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但是,如果你在河里放过小纸船或小木船,就会知道河流的速度并非到处都是一样的——靠近岸边和河底,水流得比在河中央与河的上层慢一些。这样看来,测量流速是不能只在一个地方测量的。必须在许多地方——离岸较近和较远的地方,在水面和在深水里同时测量。

怎样测量深水的流速呢?可以在浮标上再缚一个浮标,缚上一只密封的瓶子、金属的球或空桶。下面的浮标将拖着上面的浮标在深水中前进。上面竖着小旗的浮标将随时告诉我们,下面的浮标在哪儿。

但是,这时风又出来捣乱了,虽然谁也没有请它来,可它偏偏跑来了。只要风稍微吹得起劲一点,浮标就会追过水流,如果是逆风,浮标就会比水流走得慢。

有一种比这个准确得多的仪器。它有一个很好听的名字,叫做“回转测速器”。如果说插着小旗的浮标像我们玩的小舟,那么回转测速器就像一只潜水艇。它的身体是流线型的,后面有一个尾巴,前面有旋转的螺旋桨。浮标是随着水漂流的,回转测速器则用棕绳或竿子放到水里,永远不让它换地方。

水流转动它的螺旋桨,就像风转动风车扇叶一样。回转测速器的体内有一种机关,每回转1次或者25次,便会通过电铃送出消息来。于是站在船上或桥上的水文测候站的观测者便可以从表上的秒针计算出河流发给他的信号。信号来得越快,水流的速度就越大。

如果不想数铃声,就让自动记录仪器来听取和记录回转测速器的铃声吧。有几种仪器,它们会用好几支笔头,同时记录放在许多不同地方的回转测速器的工作。观测者只需由信号的数目来判断河流的速度就行了。

现在各种测量都已经做好了,河流的横剖面图也已经画好在正方格子纸上。同时在这个剖面图的上面也已经画上了速度的曲线。水文学家开始工作了,他按照剖面图和速度的曲线,画出一条流量的曲线,由流量曲线就可以算出大河流过了多少水。



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