Cȃteva noţiuni simple de Fizicӑ transpuse in mediul geografic

          În timpul şcolii, cu toţii întȃlneam prin manualele de fizicӑ enunţuri de genul “Corpul x / obiectul A / fenomenul y acţioneazӑ cu o forţӑ, într-un sistem de referinţӑ…”. În acest articol, “corpul x” este înlocuit cu fapte concrete din naturӑ. 

Fig.1. Forţa centrifugă asupra tractorului 
şi tractoristului (sursa: extension.missouri.edu)

          Forţa centrifugӑ la meandre 
          Orice obiect în mişcare pe o traiectorie curbӑ, datoritӑ propriei inerţii, tinde sӑ-şi pӑstreze drumul (“sӑ fie aruncat in exterior”) (vezi Fig.1). Aceasta reprezintӑ forţa centrifugӑ, iar mӑrimea ei variazӑ în funcţie de: 
          -raza arcului de cerc descris de traiectoria obiectului 
          -viteza de deplasare a obiectului 
          -masa obiectului 
          Vectorul de sens opus este forţa centripetӑ (cea care ţine obiectul pe traiectorie). 
          Apa rȃului nu curge cu aceeaşi vitezӑ într-o secţiune transversalӑ. Cȃnd cursul acestuia este rectiliniu, viteza maximӑ de curgere este atinsӑ in centrul secţiunii, mai aproape de suprafaţӑ decȃt de fund. Explicaţia este simplӑ. Forţa de frecare cu aerul, dar mai ales cu patul de rocӑ frȃneazӑ deplasarea pe lateral, pe fund şi la suprafaţӑ. 
          La meandre, acest fir al apei cu vitezӑ maximӑ se comportӑ ca obiectul aflat în mişcare curbilinie. Asupra sa actioneazӑ o forţӑ centrifugӑ mai mare decȃt asupra rȃului în general, datoritӑ vitezei de deplasare mai mare decȃt viteza medie a rȃului. Aşadar, firul apei apare ca un “S” foarte strȃns în “S-ul” mai larg al rȃului (vezi Fig.2). Întotdeauna firul apei este mai apropiat de malul concav decȃt este axul rȃului. Şi cum linia de graniţӑ fluviatilӑ (de ex. Dunӑrea, Oderul) se fixeazӑ pe firul apei, pe harta administrativӑ se observӑ cӑ frontiera este cȃnd mai aproape de un mal, cȃnd de celӑlalt.

Fig.2. Linia de frontieră stabilită 
pe un râu meandrat

          Forţa centrifugӑ determinӑ migrarea apei spre exterior, spre malul concav. Presiunea asupra lui genereazӑ regimul eroziv. În cazul fronturilor de viiturӑ, viteza crescutӑ brusc a apei înseamnӑ mӑrirea forţei centrifuge, deci creşterea presiunii asupra malului. Regimul eroziv se manifestӑ in proporţie aproape totalӑ în timpul acestor scurte viituri. În acelaşi timp, o viiturӑ ce acoperӑ întreaga albie, inclusiv bancurile de nisip numite “renii” de pe malul convex, are traiectorie rectilinie. Avȃnd volum şi vitezӑ mare, transportӑ nisipuri şi pietrişuri. În timpul scӑderii nivelului (faza terminalӑ a viiturii), apele se retrag treptat in talvegul şerpuit. Rȃul îşi pierde energia necesarӑ transportului şi depune pietrişurile şi nisipurile acolo unde forţa îi scade. Adicӑ acolo unde viteza apei este minimӑ, pe malurile convexe. 

          Accelerarea rȃului la îngustӑri 
          Dacӑ un rȃu strӑbate o sectiune (Fig.3a) dupӑ care urmeazӑ o îngustare, existӑ mai multe posibilitӑţi.
          -Dacӑ rȃului nu îi creşte considerabil viteza in îngustare, rezultӑ cӑ sectiunea transversalӑ din îngustare (Fig.3b) are aceeaşi suprafaţӑ cu cea din amonte. Se explicӑ astfel: Prin douӑ secţiuni diferite, acelaşi volum de apӑ trebuie sӑ treacӑ cu aceeaşi vitezӑ. Rezultӑ cӑ cele douӑ secţiuni au aceeaşi suprafaţӑ. Dacӑ de pildӑ cea de-a doua ar fi fost mai îngustӑ, volumul s-ar fi alungit, caz în care bineînţeles cӑ nu şi-ar menţine viteza constantӑ, întrucȃt i-ar fi luat mai mult timp sӑ treacӑ şi ar fi fost “prins din urmӑ” de volumul de apӑ din spatele sӑu. Deci, în îngustare, secţiunea avȃnd aceeaşi suprafaţӑ va avea adȃncimea mai mare.

 Fig.3. Secţiuni transversale 
într-un râu         





           -Dacӑ rȃul strӑbate un sector cu roci dure, greu erodabile (Fig.3c), secţiunea sa transversalӑ se va reduce ca suprafaţӑ. În consecinţӑ, acelaşi volum de apӑ trebuie sӑ strӑbatӑ secţiunea aceasta mai îngustӑ (logic – în acelaşi interval de timp ca în secţiunea precedentӑ). Pentru aceasta viteza de curgere va creşte invers proporţional cu îngustarea secţiunii. 
          Alternanţa lӑrgiri – îngustӑri de-a lungul unui rȃu sau fluviu pune probleme inginerilor proiectanţi şi constructori de poduri: Este mai convenabil sӑ amplasezi construcţia peste o îngustare, crezȃnd cӑ sunt necesari mai puţini piloni? Sau adȃncimea mai mare a albiei necesitӑ tot la fel de mult material? Dar dacӑ rȃul este la fel de adȃnc, se vor folosi mai puţini piloni şi mai puţin material decȃt dacӑ s-ar fi construit într-o lӑrgire! Totuşi, viteza mult mai mare de curgere va necesita folosirea unei tehnologii mai avansate, pentru a proteja pilonii… 

          Refracţia luminii – Rӑsӑritul se produce mai devreme? 
          Orice razӑ de luminӑ ce pӑtrunde într-un mediu mai dens va fi deviatӑ la trecerea prin planul de separaţie dacӑ unghiul dintre razӑ şi plan este mai mic de 90 de grade. Considerȃnd atmosfera un mediu mai dens decȃt spaţiul interplanetar, se poate considera cӑ şi lumina solarӑ este deviatӑ (vezi Fig.4). Datoritӑ acestei refracţii, noi vedem rӑsӑritul de soare mai devreme decȃt s-ar produce dacӑ nu ar exista atmosfera.
          Pe de altӑ parte, lumina solarӑ ajunge dupӑ 8.28 minute la observator. Din acest punct de vedere, omul observӑ Soarele “destul de tȃrziu”.

Fig.4. Refracţia razelor “grăbeşte” 
răsăritul Soarelui şi “întârzie” apusul.


 

           În legӑturӑ cu refracţia în atmosferӑ, lucrurile nu sunt chiar aşa de simple ca în Fig.4. Aceasta deoarece trecerea de la densitatea şi compoziţia spaţiului cosmic pȃnӑ la densitatea şi caracteristicile aerului atmosferei inferioare nu se face brusc cum sugereazӑ imaginea, ci extrem de gradual. Atmosfera este compusӑ din mai multe pӑturi suprapuse, fiind mai degrabӑ o refracţie în lanţ. Mai corectӑ ar fi reprezentarea arcuitӑ a liniei razei solare. 

          Proprietӑţi fizico-mecanice ale rocilor 
          Odatӑ aplicate sarcini de compresiune sau distensiune tectonicӑ asupra rocilor sau corpurilor de roci, acestea vor reacţiona diferit în funcţie de proprietӑţile elastice, plastice şi casante, cu efecte vizibile în relief. Elasticitatea înseamnӑ proprietatea rocii de a se deforma temporar şi de a reveni la forma iniţialӑ în urma acţiunii unei forţe asupra sa. Plasticitatea este proprietatea rocii de a se deforma definitiv, iar proprietatea casantӑ / ruperea - incapacitatea de adaptare la deformӑri. Variaţia presiunii, a temperaturii, a compoziţiei rocii mutӑ pragul de elasticitate sau plasticitate. 
          Dacӑ într-o zonӑ de stress tectonic (compresiune) calcarele sunt plastice şi se cuteazӑ la adȃncimi mari (temperaturi mari), odatӑ cu erodarea rocilor de deasupra, calcarele ajung aproape de suprafaţӑ în condiţii de temperaturӑ scӑzutӑ, devenind casante (se faliazӑ). Argila este consideratӑ o rocӑ plasticӑ deoarece începȃnd de la presiuni foarte mici este depӑşit pragul de elasticitate, iar pragul de plasticitate se situeazӑ la valori ale presiunii foarte mari. Îmbibatӑ cu apӑ, argila are un prag de elasticitate şi mai mic. Pe versanţi, însӑşi presiunea rocilor de deasupra poate produce deformarea argilei imbibatӑ cu apӑ şi alunecarea terenului.
          Cutarea straturilor de roci, deci formarea dealurilor şi a depresiunilor, este rezultatul proprietӑţilor plastice. Cȃnd corpurile tectonice devin rigide de-a lungul erelor geologice, stress-ul ce actioneazӑ asupra lor nu le mai deformeazӑ, ci le rup, pe planuri de falie, producându-se încălecări de strate, şariaje, falieri. Relieful cu horsturi şi grabene este specific platformelor şi orogenului vechi şi apare în urma acţiunii forţelor de distensiune cu valori peste nivelul pragului de plasticitate al corpului geologic, rupându-l în compartimente(Fig.5.)

Fig.5. Horsturi şi grabene 

(sursa: Wikipedia.org)

          Faliile transformante sunt rezultatul forţei de cuplu: doi vectori contrari ca sens determinӑ translaţia a douӑ corpuri (plӑci tectonice) pe o linie de falie. Faliile transformante apar,în special, perpendicular pe zona rift în dorsalele medio-oceanice. De pildӑ, in riftul Atlantic, desfӑşurat N-S, se manifestӑ divergenţa între plӑci. Forţa de divergenţӑ nu se manifestӑ la fel pe toatӑ lungimea riftului. În cadrul unei plӑci, unele compartimente sunt împinse mai repede, unele mai încet, altele deloc. Diferenţele de vitezӑ de deplasare ale compartimentelor genereazӑ rupturile dintre ele ca in fig.5.

Fig.6. Falii transformante 

perpendiculare pe fisura-rift.

Focarul roşu reprezintă sectorul 

în care forţa de distensie are valori maxime

          Bibliografie 
Dragoş V., Geologie generalӑ şi stratigraficӑ, Ed. Didacticӑ şi pedagogicӑ, Bucureşti 
Fronescu Beatrice, Fronescu M., Grigorescu Ş., Pӑunescu V., Fizicӑ, noţiuni şi formule de bazӑ, Ed. Cison
Pauliuc S., Ţicleanu N., 2008, Geologie generalӑ, Ed. Universitarӑ, Bucureşti 

___

* Dacă ți-a plăcut acest articol, mă poți susține pentru munca depusă printr-o donație.

Autor: I. Tudose
28.09.2010