Folyó vagy szakadó tudomány számára
Attól függően, hogy egy patak áramlása erős vagy gyenge, a meder szabálytalanságai eltérően alakítják a víz mélységét és sebességét.
Áramlás, sebesség és huzat
Hogyan változik a sebesség a víz mélységétől függően? Ennek megismerése érdekében figyelembe vesszük a folyó egy szakaszát, és előírjuk, hogy annak motortömege (a folyó szakaszának területével (szélesség × mélység) és a lejtővel arányos) állandó rendszerben egyenlő erő súrlódás (arányos a sebesség négyzetével és a patak szélességével). Így azt tapasztaljuk, hogy a sebesség arányos a lejtő és a merülés szorzatának (a vízmélység) négyzetgyökével. Ezt a képletet, amelyet Antoine Chézy francia mérnök 1775-ben mondott ki, 1923-ban fejlesztették, figyelembe véve azt a tényt, hogy a súrlódási erő a mélységtől függ; az a teljesítmény, amelynél a mélység beavatkozik a sebesség kifejezésébe, ekkor 2/3, és nem 1/2.
Az áramlás egyenlő a szakasz szorzatának szorzatával, arra következtetünk, hogy a huzat az áramlás 3/5-ös teljesítményének növekedésével nő, és hogy a sebesség az áramlás 2/5-ös teljesítményének növekedésével nő. Más szavakkal, amikor az áramlás növekszik, a huzat és a sebesség is nő.
A gyakorlatban az áramlást a csapadék mennyisége és a vízgyűjtő mértéke határozza meg. A folyó merülése és sebessége ennek megfelelően módosul. Ha a csapadék által előidézett áramlási sebesség meghaladja a meder mélységével megegyező huzatnak megfelelő áramlási sebességet, akkor árad. A Szajna esetében az áramlás kb. 80 köbméter/másodperc között változhat erős mélyvíz idején és 2600 köbméter/másodperc között rendkívüli áradás esetén; a tervezet tehát nyolcszoros mértékben változik.
Mi történik a huzattal és az áramlási sebességgel, ha a folyam zavart okoz, például egy dudor jelenléte a meder alján? Kövessünk egy szelet vizet, ahogy halad, miközben átlépi az akadályt. Ha az akadály kicsi, akkor az energiaeloszlás elhanyagolható, és a vízszelet energiája állandónak tekinthető. Ez a helyzet az áramlással is, mert az anyagmennyiség konzerválódik az áramlási iránytól az áramlási irányig.
Két szélsőséges eset rávilágít a víz esetleges viselkedésére, ha akadályba ütközik. Tekintsük először egy torrentet, ahol az áramlás gyors. Csakúgy, mint egy dudor felett haladó kerékpáros, a víz sebessége is csökken: a mozgási energia potenciális gravitációs energiává alakul át az akadály leküzdése érdekében. Az áramlás megőrzése a víz mélységének (valójában a vastagságának) növekedéséhez vezet.