Пробуждение (физика)
В гидродинамике след может быть:
- область рециркуляционного потока непосредственно за движущимся или неподвижным затупленным телом, вызванная вязкостью , которая может сопровождаться отрывом потока и турбулентностью , или
- волновой рисунок на поверхности воды после объекта в потоке или создаваемый движущимся объектом (например, кораблем), вызванный разницей плотностей жидкостей выше и ниже свободной поверхности и гравитацией (или поверхностным натяжением ).
Вязкость
[ редактировать ]
След — это область возмущенного потока (часто турбулентного ) за твердым телом, движущегося через жидкость, вызванного обтеканием жидкости вокруг тела.
Для затупленного тела в дозвуковом внешнем обтекании, например капсул «Аполлон» или «Орион» , при спуске и посадке след сильно отделяется и за телом находится область противотока, где поток движется в сторону тела. Это явление часто наблюдается при аэродинамической трубе испытаниях самолетов в и особенно важно, когда задействованы парашютные системы, поскольку, если стропы парашюта не вытянут купол за пределы области обратного потока, парашют может не надуться и, следовательно, разрушиться. Парашюты, развернутые в следах, испытывают дефицит динамического давления , что снижает ожидаемую силу сопротивления . Высокоточное вычислительное моделирование гидродинамики часто проводится для моделирования потоков в следе, хотя такое моделирование имеет неопределенности, связанные с моделированием турбулентности (например, реализации RANS и LES ), в дополнение к эффектам нестационарного потока. Примеры применения включают разделение ступеней ракеты и отделение хранилища самолетов.
Разница в плотности
[ редактировать ]В несжимаемых жидкостях (жидкостях), таких как вода, носовой след создается, когда судно движется через среду; поскольку среду нельзя сжать, вместо этого ее необходимо сместить, что приведет к образованию волны. Как и все формы волны , она распространяется наружу от источника до тех пор, пока ее энергия не будет преодолена или потеряна, обычно из-за трения или дисперсии .
Интересующим безразмерным параметром является число Фруда .
Схема следования по Кельвину
[ редактировать ]
Водоплавающие птицы и лодки, движущиеся по поверхности воды, создают следы, впервые математически объясненные лордом Кельвином и известные сегодня как следы Кельвина . [1]
Этот шаблон состоит из двух линий следа, которые образуют плечи шеврона V, с источником следа в вершине буквы V. Для достаточно медленного движения каждая линия следа смещена от пути источника следа примерно на величину arcsin. (1/3) = 19,47° и состоит из перистых волн, расположенных под углом примерно 53° к траектории.Другие эффекты
[ редактировать ]Вышеописанное описывает идеальный след, при котором средства движения тела не оказывают другого воздействия на воду. На практике волновая картина между V-образными волновыми фронтами обычно смешивается с эффектами обратной волны гребного винта и вихрей за кормой лодки (обычно с прямоугольным концом).
Угол Кельвина также рассчитывается для случая глубокой воды, в которой жидкость не течет с разными скоростями или направлениями в зависимости от глубины («сдвиг»). В случаях, когда вода (или жидкость) имеет сдвиг, результаты могут быть более сложными. [2] Кроме того, глубоководная модель не учитывает поверхностное натяжение, а это означает, что источник волн велик по сравнению с длиной капилляра .
Отдых
[ редактировать ]«Нет зон следования» может запрещать следы в пристанях для яхт , возле причалов и на некотором расстоянии от берега. [3] чтобы облегчить отдых другим лодкам и уменьшить ущерб, наносимый следами. с двигателем Узким лодкам на британских каналах не разрешается создавать прибой (достаточно большой след, чтобы создать прибойную волну ) вдоль берегов, поскольку это разрушает их. Это правило обычно ограничивает скорость этих судов 4 узлами (4,6 миль в час; 7,4 км / ч) или меньше.
Пробуждения иногда используются в рекреационных целях. Пловцы, люди, управляющие личными водными транспортными средствами, и водные млекопитающие, такие как дельфины, могут двигаться по переднему краю следа. вейк В вейкбординге используется как прыжок. Вейксерфинг также используется для продвижения серферов в вейксерфинге . В водном поло игрок с мячом может плавать, продвигая мяч вперед, продвигаясь вперед благодаря следу, создаваемому попеременными ударами руками в кроле , техника, известная как ведение мяча . Кроме того, в каноэ-марафоне участники используют след других каяков, чтобы сэкономить энергию и получить преимущество, практикуя размещение своих лодок вслед за другим, чтобы их каяк приводился в движение волной.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уильям Томсон (1887) «На корабельных волнах», Институт инженеров-механиков, Труды , 38: 409–34; иллюстрации, стр. 641–49.
- ↑ Норвежский университет науки и технологий, « Разгадана 127-летняя загадка физики» , Phys.org , 21 августа 2019 г. Проверено 22 августа 2019 г.
- ^ BoatWakes.org, Таблица расстояний.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
