人工瀑布是生活中常见的,如果设置挑水坎,水流冲出挑水坎再下落将形成抛物线形状水流 。为形成瀑布,挑水坎的设计(涉及角度和挑水坎的高度),水流速度等都是必须考虑的问题。
模型假设
1. 水槽是光滑的,使水流的速度在槽内保持匀速 6m/分,空气阻力不计。
2. 瀑布的纵断面情形不计,只考虑瀑布二维曲线形状(如图1-13)。
3. 挑水坎与水槽面形成的角度为 ,坡长为 ,开始时刻 时,水流冲出端点 。
模型建立与求解
其中 为参数, 为重力加速度, 依次为初始速度 的水平、铅直分量,即有
注意到 是水流进入到挑水坎时刻的速度,应为 6m/分,由能量平衡以及力的分解原理知