Гидродинамика движущей силы при плавании

Рис. 2.4

Отклонение потока воды и его сопротивление, вызванные различным расположением находя­щегося в нем предмета: a - минимальное отклонение потока и соответствующее сопротивление при расположении тонкой пластинки параллельно потоку; б — резкое отклонение потока и несоизмеримо большее сопротивление при ее расположении перпенди­кулярно потоку воды

Рис. 2.5

Угол атаки, образуемый расположением тонкой пластинки под наклоном к потоку

Рис. 2.6

Подъемная сила и сила соп­ротивления, действующие на тонкую пластинку, нак­лоненную под углом атаки

Рис. 2.7

Образование подъемной силы

это означает, что каждый последу­ющий слой движется с большей скоростью, чем предыдущий. На поверхности скорость равна нулю, поскольку первый слой «приклеил­ся» к коже, а каждый последую­щий слой двигается со все более высокой скоростью.

Всякий раз когда на пути дви­жения жидкости возникает непод­вижное препятствие или когда в ней движется твердое тело, притя­жение молекул предотвращает от­носительное движение между жид­костью и телом на его поверхности. Поэтому какова бы ни была ско­рость движения жидкости по трубе, у стенки она равна нулю.

Сопротивление движущемуся в жидкой среде объекту составляет встречная его движению и направ­ленная перпендикулярно ему подъ­емная сила, в котЪрой сопротивле­ние меньше. Преграда же вынужда­ет объект отклоняться от обычной прямой, что связано с реакцией на препятствие в виде сопротивления. Чем больше отклонение, тем выше сопротивление. Поэтому форма и расположение тела во многом его предопределяют (рис. 2.4).

Тонкая пластинка, расположен­ная под наклоном к потоку, образу-

ет «угол атаки» (рис. 2.5). Если он невелик, то давление под пластин­кой выше, чем на ее поверхности, что образует действующую перпен­дикулярно течению подъемную силу. Однако такой силе всегда со­путствует сопротивление, действу­ющее в направлении, противопо­ложном движению объекта, т.е. на пластинку действует совокупная сила, направленная назад и вверх (рис. 2.6).

Движение пропеллера самолета образуется еще вращением вокруг своей оси и движением самолета вперед, вследствие чего лопасти двигаются вперед по спирали. Та­кая спиралеобразная траектория эффективна при движении руки пловца во время гребка и, осо­бенно, в его переходных фазах, когда кисть меняет направление движения.

Каунсилмен (1982), ссылаясь на закон Бернулли, отмечал, что дви­жения кистей и ступней пловцов создают подъемную силу подобно крыльям самолета, и в этом пла­не имеет многих единомышлен­ников.

Однако принципы гидродина­мики заставляют усомниться в том, что механизм крылоподобных дви­жений кистей и ступней пловца такой же, как у механических пропеллеров. Реакции течения, вы­зываемые движениями квалифици­рованных пловцов, свидетельству­ют о «нетрадиционных» механиз­мах образования подъемной силы, которые все же принципиально не отличаются от встречаемых в природе.

При прохождении потока жид­кости вокруг крыла течение над его верхней выпуклой поверхнос­тью быстрее, что, согласно закону Бернулли, сопряжено с более низ­ким, чем у нижней поверхности, давлением, и соответствующая раз­ница образует подъемную силу (рис. 2.7).

Фундаментальным понятием гид­роаэродинамики является циркуля­ция, вызываемая даже брошенным

Дата добавления: 2014-11-16