Author Topic: Почему поплавок опережает течение?  (Read 3689 times)

0 Members and 1 Guest are viewing this topic.

Offline Toman

  • Posts: 7842
Речь идёт о гравитационном течении под уклон в реке, канале и т.п., стационарном и равномерном (т.е. не изменяющем скорость на протяжении рассматриваемого участка). И без влияния ветра. Говорят, что чуть ли не все плавающие на поверхности предметы, даже самые "разлапистые", опережают течение, и на очень даже заметную величину (единицы и даже десятки процентов). Утверждается, что опережение тем больше, чем больше обтекаемость предмета (ну, это ещё понятно из общих соображений) и чем меньше его плотность (а вот это уже совсем непонятно, почему так, и так ли это вообще - казалось бы, какая вообще разница потоку, что там происходит выше ватерлинии, если только предмет не идеально круглый и не вращается, скатываясь под уклон).

Каково хотя бы качественное наглядное описание причины этого явления? Имеет ли место аналогичное опережение локальной скорости потока для равновесно плавающих в толще воды предметов?
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Offline smith371

  • Posts: 8201
усложняете. все дело в разнице плотностей/сопротивления среды. где среда плотнее - тело ведет себя инертнее.
Alii! Ke ua ngerang? Ak outkeu er kau el me er a bliongel el kirel a tekoi er a Belau! Sulang.

Заткнуть за пояс Миклухо-Маклая!

Подвергал, подвергаю и буду подвергать сомнению классификацию любых языков, описания которых нет в свободном доступе!

Offline piton

  • Posts: 34903
Не замечал эффекта. Да и за счет чего можно опередить течение?
Попалось про языковой форум:
Од молдованина до фінна
На всіх язиках все мовчить,
Бо благоденствує! У нас
Святую Біблію читає
Святий чернець і научає

Offline Flos

  • Posts: 12508
казалось бы, какая вообще разница потоку, что там происходит выше ватерлинии, е


Для всякого плывущего в течении предмета ( торчащего из воды, с ватерлинией) выше по течению уровень воды выше, чем ниже по течению.
Разность давлений создается ...


Offline Toman

  • Posts: 7842
Не замечал эффекта.
Вот, в умной книжке написано, см. приложенную картинку (И.Ф. Карасев, "Речная гидрометрия и учёт водных ресурсов", Л., Гидрометеоиздат, 1980).
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Да и за счет чего можно опередить течение?
По-всякому можно. Можно по скоростному напору. Можно по более маленькому и более качественно затопленному поплавку, имеющему меньшее опережение, в пределе - по пятну тонкой взвеси или окрашенного раствора, введённому в поток. Можно предварительно градуированными вертушками. Ну и всякие ещё другие методы есть.

Разность давлений создается ...
Так ведь для точно такого же по размерам и форме объёма воды по соседству с предметом имеет место такая же разность давлений. Благодаря этой разности (она же просто уклон) всякая струя воды немножко опережает среднюю скорость соседних с ней струй. Но вопрос в том, почему поплавок опережает их ещё сильнее, чем та струя, по оси которой он плывёт.
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Offline злой

  • Posts: 9968
Разность давлений создается ...
Так ведь для точно такого же по размерам и форме объёма воды по соседству с предметом имеет место такая же разность давлений. Благодаря этой разности (она же просто уклон) всякая струя воды немножко опережает среднюю скорость соседних с ней струй. Но вопрос в том, почему поплавок опережает их ещё сильнее, чем та струя, по оси которой он плывёт.

Упругость разная. У поплавка другая, за счет чего дополнительная разница давлений. Ну и плюс его еще ветром может поддувать.
Горива от ИДИЛ търсят в наши бензиностанции

Offline Toman

  • Posts: 7842
Ну и плюс его еще ветром может поддувать.
Я же с самого начала обозначил, что влияние ветра не рассматриваем, т.к. оно отдельно. При безветрии за торчащую в почти неподвижный воздух часть предмет может только, наоборот, немножко притормаживаться.

Упругость разная. У поплавка другая, за счет чего дополнительная разница давлений.
Что за упругость? Какая разница, какая там упругость, мы вообще не рассматриваем каких-то его деформаций, считаем, что его форма постоянна. Как за счёт упругости может быть какая-то дополнительная разность давлений? И вообще, эта ваша фраза настолько же непонятна, как и

все дело в разнице плотностей/сопротивления среды. где среда плотнее - тело ведет себя инертнее.
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Offline piton

  • Posts: 34903
При безветрии за торчащую в почти неподвижный воздух часть предмет может только, наоборот, немножко притормаживаться.
И чем сильнее течение, тем больше притормаживает.
Попалось про языковой форум:
Од молдованина до фінна
На всіх язиках все мовчить,
Бо благоденствує! У нас
Святую Біблію читає
Святий чернець і научає

Offline Ильич

  • Posts: 8384
Вот без всяких умных формул.
Берем систему координат, движущуюся относительно берега с той же скоростью, что и вода. В этой системе координат вода неподвижна и её поверхность наклонена вниз в сторону течения. Поплавок земля притягивает, но утонуть ему мешает выталкивающая сила. Вот он и скатывается с наклонной поверхности. То есть, тот же эффект, что у шарика на наклонной плоскости - катится он просто вниз.

Offline smith371

  • Posts: 8201
все дело в разнице плотностей/сопротивления среды. где среда плотнее - тело ведет себя инертнее.

есть определенная сила, которая двигает вперед и воду, и плывущий объект. часть объекта находится выше поверхности воды, в слое менее плотного воздуха, поэтому весь объект испытывает меньшее сопротивление среды и получает большую скорость.
Alii! Ke ua ngerang? Ak outkeu er kau el me er a bliongel el kirel a tekoi er a Belau! Sulang.

Заткнуть за пояс Миклухо-Маклая!

Подвергал, подвергаю и буду подвергать сомнению классификацию любых языков, описания которых нет в свободном доступе!

Offline Toman

  • Posts: 7842
Берем систему координат, движущуюся относительно берега с той же скоростью, что и вода. В этой системе координат вода неподвижна и её поверхность наклонена вниз в сторону течения.
Такая ситуация (неподвижная вода при наклонной поверхности) была бы невозможна без действия на воду какой-то сторонней не вертикальной силы. И известно, что это за сила: это "трение" данной струи воды об соседние струи, усреднённая скорость которых меньше скорости данной (а в вашей системе координат их средняя скорость, соотв., будет направлена против течения). Предмет, находящийся в данной струе воды, тоже контактирует с этими соседними струями, которые и не дают ему неограниченно разгоняться (так же, как и не дают неограниченно разгоняться данной струе воды). Но вот, как видим, почему-то получается так, что погружённая часть предмета окружающей водой тормозится заметно слабее, чем мысленно выделенный объём воды тех же очертаний (и того же веса, что и предмет, естественно). Вот именно в этом и вопрос: почему он тормозится слабее, чем сама вода?

есть определенная сила, которая двигает вперед и воду, и плывущий объект
Эта сила - направленная вдоль течения составляющая силы тяжести. Она равна весу (пропорциональна массе) предмета, который, в свою очередь, равен весу вытесненного им объёма воды.

часть объекта находится выше поверхности воды
И эта часть не при делах. Сравниваем сопротивление погружённой части объекта и объёма воды той же формы. Тянущая вперёд сила одинакова, т.к. одинаков вес, и уклон общий для всего участка потока. Форма одинакова. Но для предмета тянущая сила уравновешивается сопротивлением при несколько большей скорости (а при равной скорости соотв. оказывается меньше), чем для куска воды. Имхо, форму и размеры надводной части можно вовсе игнорировать при неизменном водоизмещении (общем весе предмета), пока она не мешает подводной части занимать то положение, которое она занимает.
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Offline Ильич

  • Posts: 8384
Toman, два первый предложения в вашем ответе не понятны.
Может быть, трение, вязкость и что-то ещё будут влиять на скорость поплавка, но и без их учета всё понятно.
Система координат, о которой я говорю движется со скоростью (и по направлению, и по величине) воды. Значит, в этой системе координат вода неподвижна. Ось X горизонтальна (не написал раньше, потому что посчитал понятным). Какой будет поверхность воды?

Offline Γρηγόριος

  • Posts: 3323
А может это из-за ветра?

Offline злой

  • Posts: 9968
Упругость разная. У поплавка другая, за счет чего дополнительная разница давлений.
Что за упругость? Какая разница, какая там упругость, мы вообще не рассматриваем каких-то его деформаций, считаем, что его форма постоянна. Как за счёт упругости может быть какая-то дополнительная разность давлений?

Сравниваем сопротивление погружённой части объекта и объёма воды той же формы.

Возможно, я неправильно выразился. Объем воды той же формы по свойствам не отличается от соседних объемов воды, а поплавок отличается, за счет этого возникает градиент давлений, спереди его меньше, а сзаду наоборот больше. Оно и толкает. Ну, как предположение.


Горива от ИДИЛ търсят в наши бензиностанции

Offline BormoGlott

  • Posts: 7477
Берем систему координат, движущуюся относительно берега с той же скоростью, что и вода. В этой системе координат вода неподвижна и её поверхность наклонена вниз в сторону течения. Поплавок земля притягивает, но утонуть ему мешает выталкивающая сила. Вот он и скатывается с наклонной поверхности. То есть, тот же эффект, что у шарика на наклонной плоскости - катится он просто вниз.
+1. Именно так оно и есть. Тот же эффект можно наблюдать, когда серфер "оседлает" волну на своей доске и скатывается под уклон по склону волны, опережая при этом основную водную массу самой волны. То есть, если в воду бросить заглубленный поплавок, то серфер, "оседлавший" волну промчится мимо его, а поплавок останется практически в том же самом месте.
"Всякое разумное дело имеет своё завершение, и только ерундой можно заниматься бесконечно."

Online Hellerick

  • Posts: 24486
А можно вопрос не по поплавкам задать?

Интуитивно мне кажется, что вода в реке с быстрым течением должна быть холоднее, чем в медленной реке. Но чем это можно объяснить? Только тем, что стоячая вода более мутная и задерживает в себе солнечный свет?

Offline злой

  • Posts: 9968
Наверно тем, что быстрые реки, как правило, горные и ледниковые :)
Горива от ИДИЛ търсят в наши бензиностанции

Берем систему координат, движущуюся относительно берега с той же скоростью, что и вода. В этой системе координат вода неподвижна и её поверхность наклонена вниз в сторону течения. Поплавок земля притягивает, но утонуть ему мешает выталкивающая сила. Вот он и скатывается с наклонной поверхности. То есть, тот же эффект, что у шарика на наклонной плоскости - катится он просто вниз.
+1. Именно так оно и есть. Тот же эффект можно наблюдать, когда серфер "оседлает" волну на своей доске и скатывается под уклон по склону волны, опережая при этом основную водную массу самой волны. То есть, если в воду бросить заглубленный поплавок, то серфер, "оседлавший" волну промчится мимо его, а поплавок останется практически в том же самом месте.

Но вода же получается тоже падает? Что мешает ей падать с той же скоростью? Сила поверхностного натяжения?
Горива от ИДИЛ търсят в наши бензиностанции

Offline piton

  • Posts: 34903
Интуитивно мне кажется, что вода в реке с быстрым течением должна быть холоднее, чем в медленной реке. Но чем это можно объяснить?
Возможно, река с быстрым течением имеет потоки, способствующие смешению слоев воды? Мы же судим о температуре по поверхности.
Попалось про языковой форум:
Од молдованина до фінна
На всіх язиках все мовчить,
Бо благоденствує! У нас
Святую Біблію читає
Святий чернець і научає

Online Hellerick

  • Posts: 24486
Вот только мне кажется, это правило будет соблюдаться и для совсем мелких ручьев, от которых глупо ожидать заметной разницы температур.

Offline Awwal12

  • Super Moderator
  • *
  • Posts: 48510
Что мешает ей падать с той же скоростью? Сила поверхностного натяжения?
Внутреннее вязкое трение в первую очередь, надо полагать.
Фашиствующий имперец, асексуал и многожёнец, татарофоб, заслуженный функционер РПЦ. Слушает радио "Радонеж" и терпеть не может счастливых людей.

"Да здравствуют ДОЯРКИ!! Потому что доярки - это раса сверхчеловеков. За ними будущее планеты. Они переживут даже атомную войну, потому что доярки вечны, ибо хтоничны. И дадут потомство, которое тоже будет доярами и доярками. Ура, товарищи!.." (c) Awwal12

Offline BormoGlott

  • Posts: 7477
Но вода же получается тоже падает? Что мешает ей падать с той же скоростью? Сила поверхностного натяжения?
Да. Занимательная механика - Перельман Я.И.
Quote
вода же вследствие трения о русло обладает установившимся равномерным движением.
"Всякое разумное дело имеет своё завершение, и только ерундой можно заниматься бесконечно."

Offline Neska

  • Posts: 5453
  • Сибирский кот нигде не пропадёт!
Вот только мне кажется, это правило будет соблюдаться и для совсем мелких ручьев, от которых глупо ожидать заметной разницы температур.
Быстрое течение говорит о горном рельефе. С гор стекают реки ледникового питания.
Медленное течение говорит о равнинном рельефе. Река течет уже давно, и за это время ее температура (от 0 у истока) повышается за счет инсоляции.
Есть империи, и есть государства в орбите этих империй, на какой орбите находиться - вкусовой вопрос, но не стоит пребывать в иллюзии, что вы ни в чьей орбите, если сами - не империя...
Selbst Moralisten und Moral
sind unmoralisch manches Mal!

В подавляющем большинстве люди - не лингвисты и не сдвинуты на изучении языков
We share the same biology
Regardless of ideology

Если мой родной язык потрясает основы вашего государства, то это означает, вероятно, что вы построили свое государство на моей земле (курдский писатель Муса Антер)

Offline Toman

  • Posts: 7842
Только тем, что стоячая вода более мутная и задерживает в себе солнечный свет?
Вообще-то как раз чем быстрее течение, тем более мутная вода, в общем случае. Конечно, местные условия могут переворачивать ситуацию. Но самые бурные горные реки - по крайней мере, в период своего паводка - это самые мутные и насыщенные наносами воды, какие только бывают. В то же время вне паводка горная река, текущая из каких-нибудь потихоньку тающих снежников при прочных скальных грунтах и почти отсутствующей почве, конечно, имеет чистую прозрачную воду, т.к. всё, что могло смыть, смыло в паводок. Равнинные реки в паводок тоже на порядки более насыщены взвешенными наносами, чем в межень. Однако в межень они могут также получать всякую мутность - в нашей средней полосе в основном из-за человеческой деятельности. Или непосредственно какие-то выбросы, или смыв с распаханных полей, стройплощадок, автодорог. Или избыточное размножение водорослей на минеральных загрязнениях (удобрения с полей, бытовые сточные воды).

Но... Насколько я могу судить по тому, что вижу на спутниковых снимках, как раз наоборот, река с мутной водой должна бы меньше прогреваться. Потому что мутная река, как правило, выглядит более светлой, чем с прозрачной водой. По крайней мере это так для наших равнинных рек средней полосы, имеющих либо довольно тёмное (покрытое растениями) дно, либо довольно тёмную (торфяную) воду, либо просто достаточно глубокое русло, чтобы свет на глубине поглощался достаточно полно - так что реки и озёра на спутниковых снимках выделяются как тёмные объекты. Мутная же вода имеет цвет и светлоту, более похожие на цвет и светлоту голого грунта на суше, т.е. значительно светлее. Бо́льшая доля света отражается сразу из первых же, грубо, 10-20 см. Случаи, когда неглубокая река с прозрачной водой выглядит не темнее мутной, иногда всё-таки бывают, но в основном не в нашей местности. Это должно быть скорее какое-то мелкое и широкое каменистое русло, с не заросшими камнями (т.е. с ежегодными лютыми паводками, которые уносят весь песок и мелкие камешки, и сдирают всю растительность), и при этом чтобы камни были сравнительно светлыми.

Правда, всё это относится в основном к видимому диапазону - о том же, как выглядят реки разной мутности в ИК, я ничего не знаю, увы (а это не менее важно с точки зрения прогрева, ведь и от солнца в (ближнем, в основном) ИК приходит значительная доля энергии, и наземные предметы обмениваются между собой и излучают в космос в (дальнем) ИК очень существенно).

Интуитивно мне кажется, что вода в реке с быстрым течением должна быть холоднее, чем в медленной реке. Но чем это можно объяснить?
Думаю, это обычно связано с тем, что чем быстрее течение, тем, как правило, более недавно вода вышла из своего источника - а источник обычно достаточно холодный - ледник, снежник в горах или при снеговом половодье у нас на равнине, либо как минимум подземные воды, которые в нашей местности выходят с температурой около 6..10 градусов, что летом холоднее установившейся температуры для водоёма. А где-то подземные воды и того холоднее, тогда как лето может быть жарче, что даёт ещё более резкий контраст.

Как раз в прошлом году на мероприятии в июне я сам был удивлён, залезши с измерительным прибором (кондуктометр, совмещённый с термометром, а также pH-метром, но pH-метр давно сдох и показывает отсебятину, и потому не использовался) в руках непосредственно в место слияния одной речки со своим притоком. Разницу температур, однако, почувствовал сразу без всякого прибора, своими ногами. Прибор потом показал, что в притоке было 19 градусов, а в основной речке 15. Ширина и глубина русла основной речки и устья притока различались довольно мало, сечение - может быть, в полтора-два раза, не больше. Но скорость течения у притока в разы меньше. Кроме того, приток это выходит из недалеко лежащего озера и, видимо, лишь очень немного пополняется подземными, в т.ч. родниковыми, водами. А основная река вытекает из далеко лежащего очень маленького озерца, далее через озёра до этой точки не протекает, и более значительно пополняется подземными водами. Хотя обе реки, конечно, абсолютно равнинные, ни каких бурных потоках там речи нет - просто в одной течение измеряется первыми дециметрами в секунду, а в другой - лишь сантиметрами в секунду, как-то примерно так там было.
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

 

With Quick-Reply you can write a post when viewing a topic without loading a new page. You can still use bulletin board code and smileys as you would in a normal post.

Note: this post will not display until it's been approved by a moderator.
Name: Email:
Verification:
Type the letters shown in the picture
Listen to the letters / Request another image
Type the letters shown in the picture:
√49 Напишите ответ строчными буквами:
«Сто одёжек, все без застёжек» — что это?: