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Se hai mai visitato il bellissimo fiume Kennet, potresti aver notato una strana struttura a zig-zag. Sapevi che, se questa struttura dovesse scomparire una mattina qualsiasi, il risultato sarebbe un disastro? Benvenuto nel mondo dell'affascinante ingegneria che si cela dietro alle dighe di sfioro.
Supponiamo di avere un flusso a pelo libero come questo. Introduciamo nel flusso una semplice struttura chiamata briglia. Cosa pensi che succederà? È questa la tua risposta? Purtroppo, la tua risposta è errata.
Questo è un flusso a pelo libero e ha un'altezza del livello dell'acqua di circa 1,4 cm. Ora introduciamo questa briglia e vediamo cosa succede al livello dell’acqua. Dopo l'introduzione della briglia, sul lato a monte l'altezza del livello dell'acqua è quasi 2 cm, è aumentata. Sul lato a valle è appena 4 mm, è diminuita. Perché succede questo?
Ti stai chiedendo perché avviene questo improvviso aumento e diminuzione del livello dell’acqua? Esploreremo la fisica affascinante che c’è dietro questo fenomeno verso la fine di questo video.
Comunque, questa è una scoperta interessante. Riusciresti a risolvere questo problema di progettazione ingegneristica civile? Questo paesaggio è attraversato da un bellissimo fiume. Tuttavia, durante la stagione delle piogge il fiume diventa violento e distrugge tutto. Per controllare questa piena, dove introdurresti una briglia? Ovviamente nella zona forestale. L’introduzione briglia aumenterà l’altezza dell’acqua sul lato a monte. Questo significa che dopo l’introduzione della briglia le inondazioni aumenteranno nella zona forestale, ma sul lato a valle – dove vivono le persone – l’altezza del livello dell’acqua si ridurrà. Questo significa che l’introduzione di una semplice briglia ridurrà le possibilità di inondazione a valle. Tuttavia, il problema non è ancora risolto. Torniamo all’esperimento e vediamo di cosa si tratta.
Questo è un flusso briglia selettiva a pettine d’acqua minimo attraverso questo canale aperto, e puoi vedere che il livello dell’acqua sopra il livello dell’incavo è di appena 8 mm. Ora aumentiamo il flusso d’acqua. Con l’aumento della portata, l’altezza sopra il livello dell’incavo è di circa 1,5 cm. Ora proviamo con la portata massima: ora l’acqua scorre a circa 2 cm sopra il livello dell’incavo. In breve, quando aumenti la portata, l’altezza della superficie dell’acqua aumenta. È una cosa positiva per la briglia?
Se l’altezza del livello dell’acqua aumenta drasticamente con la portata, queste briglie possono facilmente causare inondazioni. Ecco perché una briglia ideale dovrebbe essere in grado di limitare l’aumento dell’altezza dell’acqua rispetto alla portata. E questa briglia a zig-zag? Proviamola nel flusso a pelo libero.
Questa è la briglia a zig-zag che abbiamo stampato in 3D. Il livello dell’acqua sopra la briglia, nel caso della briglia a zig-zag, è di appena 1,3 cm alla portata massima. Ricorda, il livello dell’acqua era di 2 cm nel caso della briglia rettangolare normale.
Supponiamo di avere un flusso a pelo libero come questo. Introduciamo nel flusso una semplice struttura chiamata briglia. Cosa pensi che succederà? È questa la tua risposta? Purtroppo, la tua risposta è errata.
Questo è un flusso a pelo libero e ha un'altezza del livello dell'acqua di circa 1,4 cm. Ora introduciamo questa briglia e vediamo cosa succede al livello dell’acqua. Dopo l'introduzione della briglia, sul lato a monte l'altezza del livello dell'acqua è quasi 2 cm, è aumentata. Sul lato a valle è appena 4 mm, è diminuita. Perché succede questo?
Ti stai chiedendo perché avviene questo improvviso aumento e diminuzione del livello dell’acqua? Esploreremo la fisica affascinante che c’è dietro questo fenomeno verso la fine di questo video.
Comunque, questa è una scoperta interessante. Riusciresti a risolvere questo problema di progettazione ingegneristica civile? Questo paesaggio è attraversato da un bellissimo fiume. Tuttavia, durante la stagione delle piogge il fiume diventa violento e distrugge tutto. Per controllare questa piena, dove introdurresti una briglia? Ovviamente nella zona forestale. L’introduzione briglia aumenterà l’altezza dell’acqua sul lato a monte. Questo significa che dopo l’introduzione della briglia le inondazioni aumenteranno nella zona forestale, ma sul lato a valle – dove vivono le persone – l’altezza del livello dell’acqua si ridurrà. Questo significa che l’introduzione di una semplice briglia ridurrà le possibilità di inondazione a valle. Tuttavia, il problema non è ancora risolto. Torniamo all’esperimento e vediamo di cosa si tratta.
Questo è un flusso briglia selettiva a pettine d’acqua minimo attraverso questo canale aperto, e puoi vedere che il livello dell’acqua sopra il livello dell’incavo è di appena 8 mm. Ora aumentiamo il flusso d’acqua. Con l’aumento della portata, l’altezza sopra il livello dell’incavo è di circa 1,5 cm. Ora proviamo con la portata massima: ora l’acqua scorre a circa 2 cm sopra il livello dell’incavo. In breve, quando aumenti la portata, l’altezza della superficie dell’acqua aumenta. È una cosa positiva per la briglia?
Se l’altezza del livello dell’acqua aumenta drasticamente con la portata, queste briglie possono facilmente causare inondazioni. Ecco perché una briglia ideale dovrebbe essere in grado di limitare l’aumento dell’altezza dell’acqua rispetto alla portata. E questa briglia a zig-zag? Proviamola nel flusso a pelo libero.
Questa è la briglia a zig-zag che abbiamo stampato in 3D. Il livello dell’acqua sopra la briglia, nel caso della briglia a zig-zag, è di appena 1,3 cm alla portata massima. Ricorda, il livello dell’acqua era di 2 cm nel caso della briglia rettangolare normale.
Questo ci dimostra che è meglio usare una briglia a zig-zag nel nostro paesaggio. Anche gli animali nella foresta avranno una vita più tranquilla!
L’applicazione più importante della briglia è l’irrigazione e le attività ricreative. Per esempio, dai un’occhiata al fiume Kennet. Le persone si stanno godendo un giro in barca. Puoi anche vedere i canali di irrigazione che hanno costruito. Tuttavia, prima dell’installazione della briglia, questa era la condizione del fiume Kennet. Come abbiamo visto nell’esperimento, quando installiamo una briglia, l’altezza dell’acqua a monte aumenta. A valle, il flusso rimane di bassa altezza. Comunque, l’introduzione della diga di sfioro ha reso utile per gli esseri umani la parte a monte del fiume.
Ora arriviamo all’argomento che stavate tutti aspettando: come può l’introduzione di una briglia alterare le altezze del livello dell’acqua sia a valle che a monte? La risposta risiede nella conservazione dell’energia. Semplicemente installare una briglia non cambia l’energia del fluido. L’energia del fluido sarà costante in questi due punti. Infatti, l’energia del fluido rimane la stessa prima e dopo che la briglia è stata installata. Quando introduci una briglia, sul lato a monte, l’energia potenziale del flusso aumenta. Questo significa che, per mantenere costante l’energia totale sul lato a monte, il fluido deve ridurre la sua velocità. Poiché la portata è la stessa, la riduzione della velocità comporterà un’area di flusso maggiore o un’altezza di flusso più elevata. Questo è il motivo per cui, sul lato a monte, l’aumento dell’altezza è maggiore rispetto all’altezza originaria dell’acqua.
Sul lato a valle, tutta questa energia potenziale si trasforma in energia cinetica del flusso. Questo significa che la velocità dell’acqua deve aumentare drasticamente dopo la briglia. Tuttavia, anche qui non c’è alcun cambiamento nella portata dell’acqua. Per mantenere costante la portata, l’area del flusso o l’altezza del flusso devono essere ridotte.
Questa fisica significa anche che sul lato a monte l’acqua scorre a bassa velocità mentre sul lato a valle il flusso è estremamente veloce. Sembra strano, anche se lo abbiamo dimostrato logicamente. Proviamolo praticamente, così sarà più credibile. Questo oggetto galleggiante si muove lentamente prima della briglia e accelera notevolmente dopo la briglia.
Le briglie sono progettate per controllare l’erosione del suolo, che è una delle principali applicazioni di una briglia. Regolando il flusso d’acqua, possono prevenire il deflusso eccessivo. Rallentando la velocità del flusso, si riduce la sua forza erosiva, permettendo ai sedimenti di depositarsi anziché essere trascinati via. I sedimenti si depositano dietro briglia. In definitiva, riducendo la velocità e la forza dell’acqua, le briglie aiutano anche a conservare il suolo.
Speriamo che ti sia piaciuto vedere come l’introduzione di geometrie semplici flusso a pelo libero possa aiutare a modificare il flusso dell’acqua a vantaggio dell’uomo. Grazie!
L’applicazione più importante della briglia è l’irrigazione e le attività ricreative. Per esempio, dai un’occhiata al fiume Kennet. Le persone si stanno godendo un giro in barca. Puoi anche vedere i canali di irrigazione che hanno costruito. Tuttavia, prima dell’installazione della briglia, questa era la condizione del fiume Kennet. Come abbiamo visto nell’esperimento, quando installiamo una briglia, l’altezza dell’acqua a monte aumenta. A valle, il flusso rimane di bassa altezza. Comunque, l’introduzione della diga di sfioro ha reso utile per gli esseri umani la parte a monte del fiume.
Ora arriviamo all’argomento che stavate tutti aspettando: come può l’introduzione di una briglia alterare le altezze del livello dell’acqua sia a valle che a monte? La risposta risiede nella conservazione dell’energia. Semplicemente installare una briglia non cambia l’energia del fluido. L’energia del fluido sarà costante in questi due punti. Infatti, l’energia del fluido rimane la stessa prima e dopo che la briglia è stata installata. Quando introduci una briglia, sul lato a monte, l’energia potenziale del flusso aumenta. Questo significa che, per mantenere costante l’energia totale sul lato a monte, il fluido deve ridurre la sua velocità. Poiché la portata è la stessa, la riduzione della velocità comporterà un’area di flusso maggiore o un’altezza di flusso più elevata. Questo è il motivo per cui, sul lato a monte, l’aumento dell’altezza è maggiore rispetto all’altezza originaria dell’acqua.
Sul lato a valle, tutta questa energia potenziale si trasforma in energia cinetica del flusso. Questo significa che la velocità dell’acqua deve aumentare drasticamente dopo la briglia. Tuttavia, anche qui non c’è alcun cambiamento nella portata dell’acqua. Per mantenere costante la portata, l’area del flusso o l’altezza del flusso devono essere ridotte.
Questa fisica significa anche che sul lato a monte l’acqua scorre a bassa velocità mentre sul lato a valle il flusso è estremamente veloce. Sembra strano, anche se lo abbiamo dimostrato logicamente. Proviamolo praticamente, così sarà più credibile. Questo oggetto galleggiante si muove lentamente prima della briglia e accelera notevolmente dopo la briglia.
Le briglie sono progettate per controllare l’erosione del suolo, che è una delle principali applicazioni di una briglia. Regolando il flusso d’acqua, possono prevenire il deflusso eccessivo. Rallentando la velocità del flusso, si riduce la sua forza erosiva, permettendo ai sedimenti di depositarsi anziché essere trascinati via. I sedimenti si depositano dietro briglia. In definitiva, riducendo la velocità e la forza dell’acqua, le briglie aiutano anche a conservare il suolo.
Speriamo che ti sia piaciuto vedere come l’introduzione di geometrie semplici flusso a pelo libero possa aiutare a modificare il flusso dell’acqua a vantaggio dell’uomo. Grazie!