Критичною глибиною називається глибина, що відповідає мінімуму питомої енергії перерізу. Якщо задано поперечний переріз русла, а також витрата, то h к визначиться з рівняння: # 959; Е / # 959; h = 0 (1)
Знайдемо, користуючись цим рівнянням, вираз h к для прямокутного русла.
Підставляючи в рівняння (1) рівнянні: Е = h + # 945; q 2 / 2gh 2
маємо # 959; (h + # 945; q 2 / 2gh 2) / # 959; h = 0, звідки 1 # 945; q 2 / h 3 g = 0, де h = h к. З цього співвідношення отримуємо:
# 945; q 2 / h к 3 g = 1; h к 3 = # 945; q 2 / g і, отже,
Звідси робимо висновок, що для прямокутного русла, коли h = h к. швидкісний напір дорівнює половині глибини в руслі, тобто напірна лінія в цьому випадку піднімається над горизонтом води в перерізі на величину, рівну половині глибини наповнення каналу.
Розрізняють три стану безнапірного потоку:
1) спокійний стан потоку, коли дійсні глибини потоку (при рівномірному або нерівномірному русі води) більше критичної глибини.
2) бурхливий стан потоку, коли h 3) критичний стан потоку, коли h = h к У спокійному русі, зі збільшенням глибини h питома енергія перерізу Е зростає. # 959; Е / # 959; h> 0 У бурхливому русі навпаки # 959; Е / # 959; h<0, здесь с возрастанием h величина Э убывает. Т.ч. можна сказати, що спокійний рух рідини є такий рух, при якому той чи інший обурення, наприклад, штучно створене на вільної поверхні, буде поширюватися як вгору, так і вниз за течією; при бурхливому ж русі вказане обурення буде поширюватися тільки вниз за течією. Якщо в руслі має місце спокійне усталений рух води, то характер протікання води на низових ділянках впливає на перебіг в межах верхових ділянок; Протягом же на верхових ділянках русла не позначається на протіканні води в межах низових ділянок. Отже, при спокійному усталеному русі глибина води в даному перетині русла визначається обставинами в межах нижележащей частини потоку і не залежить від обставин руху в межах верхової частини потоку. У разі бурхливого усталеного руху води маємо зворотну картину: глибина в даному перетині русла визначається обставинами руху води на вищележачому ділянці русла і не залежить від обставин руху на нижележащем ділянці. Розглянемо питання про те, як сполучаються два потоки, коли один з них є спокійним, а інший бурхливим: 1) перехід бурхливого потоку в спокійний, як правило, здійснюється за допомогою так званого гідравлічного стрибка, який характеризується наявністю водоворотних області (вальца рідини) 2) перехід спокійного потоку в бурхливий здійснюється за допомогою водоспаду (м.б. названа водоспадом).