徐海 楚婉苓 楊敏 公明

河水真的能逆流嗎？

河水中的渦流

錢塘江大潮

地球大氣環(huán)流示意圖，赤道兩側(cè)的東北信風(fēng)和東南信風(fēng)驅(qū)動(dòng)赤道南北兩側(cè)的海水由東向西流動(dòng)

通常情況下，河水的流動(dòng)是從地勢(shì)高處流到地勢(shì)低處，這主要是由于地球引力作用導(dǎo)致。但在一些特殊情況下，由于河道上下游的水位差變化就會(huì)引起河水逆流。

導(dǎo)致河水逆流，主要有以下幾個(gè)原因：

河水前方遇到障礙，向前流動(dòng)被攔阻后就會(huì)往后逆流。這種情況在河道彎曲、水流湍急的地方最常見，也就是回水形成回流漩渦;

河水流動(dòng)前方有沖擊力更大的逆向水流出現(xiàn)，迫使河水倒流。這種情況在河水進(jìn)入湖泊或大海時(shí)，如果碰到大風(fēng)或漲潮，就會(huì)出現(xiàn)。最著名的就是錢塘潮了，亞馬孫河流域也有類似錢塘潮這樣的倒灌現(xiàn)象。

另外還有一種情況，就是地震導(dǎo)致的河水逆流。

南水北調(diào)工程?hào)|線局部

2016年11月22日，日本福島發(fā)生7.4級(jí)強(qiáng)震，福島、千葉縣等太平洋沿岸地區(qū)出現(xiàn)海嘯警報(bào)的同時(shí)，當(dāng)?shù)赜胁簧倬W(wǎng)友拍到受地震影響的“河水逆流”異象，發(fā)布圖像的網(wǎng)友驚呼：“第一次看到這種現(xiàn)象，我認(rèn)為很危險(xiǎn)，當(dāng)時(shí)非常害怕?！睘槭裁吹卣饡?huì)導(dǎo)致“河水逆流”的異象呢？

重力與物體質(zhì)量有關(guān)

連通器中液體密度相同時(shí)液面高度相等

地震后海洋會(huì)出現(xiàn)海嘯，海嘯的方向若是向陸地而來，那么強(qiáng)大的海嘯洋流會(huì)從河流的入?？诘构啵婧恿鞫?。而當(dāng)時(shí)，日本福島附近海嘯造成數(shù)米高海浪，洋流從河口逆流而上，倒灌入河，于是就出現(xiàn)了海水逆流而上的異象。

其實(shí)河水逆流不僅是一種自然現(xiàn)象，還可以通過科學(xué)的方法形成逆流并造福于人類。中國著名的南水北調(diào)工程就是通過人工河水逆流來完成這一壯舉的！

知識(shí)鏈接

赤道周圍的“任性”水流

說了許多河水逆流的知識(shí)，其實(shí)在海洋中也有一股“任性”的水流——赤道逆流。由于赤道為低氣壓區(qū)，因此由赤道兩側(cè)吹向赤道的東北信風(fēng)和東南信風(fēng)，驅(qū)動(dòng)赤道南北兩側(cè)的海水由東向西流動(dòng)。北面的被稱為北赤道暖流，南面的則被稱為南赤道暖流。當(dāng)赤道暖流到達(dá)大洋西岸時(shí)，受陸地阻擋，其中一小股回頭向東流動(dòng)而形成赤道逆流。

南、北赤道海流間的逆向海流，自西向東流動(dòng)，以補(bǔ)充大洋東部因赤道海流帶走的海水。赤道逆流位于北緯3°～10°之間，其流速為40～60厘米/秒，最大為150厘米/秒，冬季流速較小。由于終年經(jīng)受強(qiáng)烈的增熱和淡化過程，故赤道逆流的表層水具有高溫低鹽的特性。

南水北調(diào)如何“逆轉(zhuǎn)”河流？

南水北調(diào)工程能奇跡般地完成逆流的壯舉，讓世界都感到無比震驚。相信有很多小伙伴都非常疑惑，這么偉大的工程到底依靠的是什么技術(shù)呢？

南水北調(diào)工程主要分為東中西三線，它主要是將長江流域的水資源抽調(diào)到干旱地區(qū)，通過這種方式可以促進(jìn)雙方的發(fā)展，對(duì)周圍的資源環(huán)境也起到很大的幫助，人們的生活也因此有了很大的改善。

這項(xiàng)工程的東線因?yàn)榈乩砦恢玫脑?，終點(diǎn)與起點(diǎn)的高度落差非常大，所以，人們就利用了京杭運(yùn)河等多條河道，一級(jí)一級(jí)地抽取河水，再用湖泊蓄水來進(jìn)行調(diào)控。南水北調(diào)工程建造了世界上最大的泵站區(qū)，其中共有52座水泵站。水泵站的體積非常大，直徑可以達(dá)到5米左右，主要利用葉旋在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的升力來抽取河水，抽取量一個(gè)小時(shí)就能夠達(dá)到1萬立方米左右，這樣的工程可以保證調(diào)水時(shí)的穩(wěn)固性。此外，由于不同區(qū)域水的流動(dòng)和水量大小有很大的差距，因此需要使用加壓泵來進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

在北京就有8臺(tái)長達(dá)6米的水泵工作，可以說，中國采取的世界最大的水泵技術(shù)是南水北調(diào)工程完成“逆流”壯舉的一大功臣！

了不起的重力：河水滔滔為誰流？

河水的流動(dòng)實(shí)際上與重力作用息息相關(guān)。何為重力？重力是物體由于地球的吸引而受到的力。重力的施力物體是地心，而方向總是豎直向下。物體受到的重力的大小跟物體的質(zhì)量成正比。

重力的計(jì)算公式是：G=mg，g為比例系數(shù)，它的大小約為9.8牛頓/千克。此外，重力也會(huì)隨著緯度大小改變而改變。

重力對(duì)我們地球上的萬事萬物皆有影響，不光是流水，甚至地球的形狀也與重力有關(guān)。

在慣性系（在慣性系中，不受外力時(shí)，一切物體總保持與參考系的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)）下觀察，由于地球一刻不停地自轉(zhuǎn)，地球表面的物體都具有向心加速度。赤道上物體的向心加速度最大，兩極上物體的向心加速度最小。

為解釋地球呈橢球形的原因，我們分別選擇物體在不同緯度上的位置為非慣性系（非慣性系中，描述物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律雖仍可使用牛頓運(yùn)動(dòng)定律，但作用在物體上的力，除了外力還要附加牽連慣性力與科氏慣性力）。同一個(gè)物體在位于赤道上時(shí)，它的向心加速度最大，所以所受的慣性力最大，由于慣性力方向與萬有引力相反，因此所受萬有引力最小。這樣一來，萬有引力與慣性力的合力，相對(duì)于其他緯度就最小，也就是重力最小。

相對(duì)其他緯度，萬有引力在兩極上最大，而向心加速度最小，慣性力也最小，所以重力最大。這樣同一物體從赤道移到極地時(shí)，所受到的重力也會(huì)逐漸變大，同時(shí)物體的比重（又叫相對(duì)密度）也逐漸變大。海水是地球表面的主要組成部分，赤道附近的海水比重最小。我們?cè)诔踔形锢碚n上會(huì)學(xué)到連通器原理，連通器中比重小的一側(cè)液面比另一側(cè)高，因此赤道附近的海面會(huì)突出一些。這就使得地球在以這種形式分布的重力作用下，變成赤道距地心遠(yuǎn)，兩極距地心近的橢球形狀。

凝固蔚藍(lán)色的大海

想必在認(rèn)真地學(xué)習(xí)思索之后，你不僅明白了逆流的成因，也對(duì)河水逆流、海水逆流有了一定的了解。不過，接下來我們要表演的魔法可不像海水逆流那么簡單！我們接下來要表演的，是凝固蔚藍(lán)色海水！

戴好防護(hù)眼鏡和手套，用5克硫酸銅和80毫升清水配置出蔚藍(lán)澄清的“海洋溶液”，不知這湛藍(lán)的溶液是否讓你想起了大海的廣闊無垠呢？接著我們用5克氫氧化鈉和80毫升清水配置好無色透明的氫氧化鈉溶液。請(qǐng)想一想，當(dāng)這兩種澄清透明的溶液混合在一起時(shí)，“大?！睍?huì)發(fā)生什么變化呢？有趣的一幕發(fā)生了，“海水”居然“凝固”成了海藍(lán)色的絮狀物，這是怎么一回事呢？

原來，硫酸銅溶液會(huì)與氫氧化鈉溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成硫酸鈉與氫氧化銅沉淀。所以，我們看到的絮狀物就是藍(lán)色的氫氧化銅了！

這個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方程式為：2NaOH + CuSO₄=Cu（OH）₂↓ +Na₂SO₄

（責(zé)任編輯 / 陳瑩? 美術(shù)編輯 /周游）