Author Topic: Почему поплавок опережает течение?  (Read 3683 times)

0 Members and 1 Guest are viewing this topic.

Offline jvarg

  • Posts: 12470
Из  пустяка целую тему создали...

Донные течения не совпадают с поверхностными....
Все бояться быть обвинёнными в ксенофобии. А вот в русофобии никто.
(© Захар Прилепин)

Offline Toman

  • Posts: 7842
Вот только мне кажется, это правило будет соблюдаться и для совсем мелких ручьев, от которых глупо ожидать заметной разницы температур.
Почему же глупо? Если вода течёт по поверхности, скажем, несколько часов, она же насколько-то прогреется больше, чем та, которая течёт только несколько минут. Особенно если до неё доходит солнечный свет. А крутизна уклона при примерно одинаковых грунтах и характере рельефа закономерно уменьшается от истоков к устью у каждой реки.
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Донные течения не совпадают с поверхностными....
Вопрос (разумеется!) о том, почему поплавок опережает именно поверхностное течение. Проще говоря, он движется относительно той воды, с которой непосредственно соседствует, и опережает всю эту соседнюю воду. Донные и все прочие течения мы тут не рассматриваем.
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Offline BormoGlott

  • Posts: 7477
Вопрос (разумеется!) о том, почему поплавок опережает именно поверхностное течение. Проще говоря, он движется относительно той воды, с которой непосредственно соседствует, и опережает всю эту соседнюю воду.
Давайте рассмотрим течение в водохранилище. Будет ли плот опережать течение в водохранилище, где водная гладь строго горизонтальна. Если нет, то почему?


"Всякое разумное дело имеет своё завершение, и только ерундой можно заниматься бесконечно."

Offline лад

  • Posts: 2371
Вопрос (разумеется!) о том, почему поплавок опережает именно поверхностное течение. Проще говоря, он движется относительно той воды, с которой непосредственно соседствует, и опережает всю эту соседнюю воду. Донные и все прочие течения мы тут не рассматриваем.
Потому что поверхностное течение имеет движение не только в продольном направлении, но и в поперечном. Образуются волны, поплавок подпрыгивает и скатывается с волны, а это быстрее чем идет течение. Эффект тот же как когда скейтер скатывается с волны, только масштабы разные.

Offline Γρηγόριος

  • Posts: 3323
О чём лай? По той же причине, по которой корабль под парусами идёт быстрее течения, и поплавок опережает оное: ветер.

Offline antic

  • Posts: 7421
    • antic
поплавок опережает оное: ветер.
Даже если ветер будет против течения?
— Боже мой, боже мой, чем вы вынуждены заниматься! Но я спрашиваю вас, кто-то все-таки летит ведь к звёздам! Где-то строят мезонные реакторы! Где-то создают новую педагогику! Боже мой, совсем недавно я понял, что мы даже не захолустье, мы — заповедник! В глазах всего мира мы — заповедник глупости, невежества и порнократии.
АБС «Хищные вещи века»

Offline Γρηγόριος

  • Posts: 3323
поплавок опережает оное: ветер.
Даже если ветер будет против течения?

Нет.

Совсем забыл посмотреть первоначальный вопрос, там указано что без влияния ветра учитывать. Вообще и не факт, что сие явление имеет место быть.

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?

Offline лад

  • Posts: 2371
Ответ дан выше, обтекаемость предмета важна чтобы меньше было сопротивление воды при скатывании с волны, именно поэтому серфер вытянутый; плотность важна из-за выталкивания вверх, чем меньше плотность, тем выше подпрыгивает объект, на него сильнее действует выталкивающая сила.

Offline jvarg

  • Posts: 12470
Вопрос (разумеется!) о том, почему поплавок опережает именно поверхностное течение.
Т.е., это просто поплавок? Без грузила под водой?
Все бояться быть обвинёнными в ксенофобии. А вот в русофобии никто.
(© Захар Прилепин)

Offline Toman

  • Posts: 7842
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?
Конечно, наклонной, как и говорилось выше. Итак, струя воды лежит на наклонной плоскости. Если бы кроме гидростатического давления на неё не действовало других сил, она бы разгонялась до всяких сумасшедших скоростей, и уж точно не могла бы течь равномерно. Значит, есть другие силы, которые её тормозят. Эта сила - сопротивление движению струи воды в воде. Вязкостное или турбулентное, или ещё какое. Отсюда видим, что сопротивление действует как на струю воды в воде, так и на предмет, движущийся с некой скоростью относительно воды. Поэтому

Может быть, трение, вязкость и что-то ещё будут влиять на скорость поплавка, но и без их учета всё понятно.
без их учёта как раз ничего не понятно, т.к. эти силы сопротивления, тормозящие неограниченный разгон течения, и являются тут ключевыми.

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.
В такой формулировке почти согласен. Точнее, всё-таки, говорить о тормозящей силе - но которая уравновешивает уклон при несколько большей скорости, чем скорость самой струи. Т.е. получается так, что можно сказать, что любой твёрдый предмет - видимо, любой формы - более "скользкий" при движении в жидкости, чем фрагмент самой этой жидкости. Звучит, однако, довольно парадоксально. Если мы, допустим, заменим этак 60-70% объёма воды в реке тончайшими мешками, более или менее плотно надутыми той же самой водой или, например, кусками геля, почти не отличающегося по плотности от воды - что, такая река потечёт существенно быстрее? Или медленнее? Вязкость-то, например, возрастает при уменьшении доли жидкости в потоке взвеси - в т.ч. если это мешки или куски геля. Но вопрос в том, вязкость ли определяет сопротивление.
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Offline Ильич

  • Posts: 8384
Но вода же получается тоже падает? Что мешает ей падать с той же скоростью? Сила поверхностного натяжения?
Мы же предполагаем, что поверхностный слой воды, в котором находится поплавок, движется с постоянной скоростью. То есть, там разные силы, действующие на частицу воды, уравновешены. Пример с сёрфером, по-моему, очень хорошо всё иллюстрирует. Сёрфер едет вперёд, хотя у воды горизонтального движения нет вовсе (кроме самой кромки у берега). И поплавок может скользить по поверхности, вот он и съезжает с горки.

без их учёта как раз ничего не понятно
Шарик скатывается с наклонной плоскости. Это, надеюсь, понятно. Поплавок тоже скатывается. Хотя силы, удерживающие поплавок на поверхности воды, и силы, не дающие шарику провалиться внутрь плоскости, разные.

Offline Toman

  • Posts: 7842
То есть, там разные силы, действующие на частицу воды, уравновешены.
Так и на твёрдый предмет действуют в принципе те же силы.

Пример с сёрфером, по-моему, очень хорошо всё иллюстрирует. Сёрфер едет вперёд, хотя у воды горизонтального движения нет вовсе (кроме самой кромки у берега).
Это совсем другой случай, и там всё более просто и понятно. Серфят всегда на неравномерном потоке, т.е. вода там всегда имеет ускорение в ту сторону, где уровень ниже (откуда, кстати, следует, что не иметь горизонтального движения вовсе вода в волне никак не может, т.к. при наличии ускорения за нулевую мы в любой системе координат можем принять скорость только в какой-то области волны). А серфер, конечно, скатывается, будучи неподвижен относительно водяного склона.  То есть, на реке, например, серфят против течения (оставаясь неподвижными относительно берегов - а относительно воды это движение против течения) в месте резкого замедления скорости струи (и соответствующего её "вспухания" в высоту). И для серфинга принципиально важно вначале приобрести каким-то образом ту скорость, которую имеет водяной склон, или хотя бы более-менее близкую к нему, потому что иначе его точно так же, как и воду, просто поднимет до верха волны. Хотя при определённых условиях "серфит" и сама вода. Собственно, ломающаяся волна и падающая с гребня "пена" или "белая вода" на отогнанном гидравлическом прыжке - это и есть вода, которая серфит из-за того, что, попав на вершину, получила скорость чуть быстрее волны (или отрицательную - в береговой системе координат на реке), и потому начала скатываться, и скатывается так довольно долго, пока не будет понемногу съедена потоком - но вместо неё сверху продолжают поступать новые порции (но в целом это какие-то крохи от общей массы потока). Серфинговая лодка отличается от падающей с гребня воды только тем, что, будучи твёрдой, не съедается потоком, и может серфить сколь угодно долго.
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Offline Ильич

  • Posts: 8384
Так и на твёрдый предмет действуют в принципе те же силы.
Кроме выталкивающей силы. Только объекты, на которые силы действуют разные. Мы предполагаем ламинарный поток. Поплавок может в этом ламинарном потоке перемещаться, а мы можем это перемещение фиксировать.

А в принципе, да. В природе всего 4 силы: сильное, слабое, электромагнитное взаимодействия и гравитация. Первыми двумя силами в этом примере пренебрегаем. Остаются всего две силы.

Это совсем другой случай, и там всё более просто и понятно.
Случай другой. Но есть сходство, которое позволяет понять ситуацию с поплавком.

Offline BormoGlott

  • Posts: 7477
почему поплавок опережает именно поверхностное течение.
Поставим на сортировочную горку вагон, в вагоне на ровном полу поставим шар, и предоставим и шару и вагону свободу движения. Вагон само собой покатится под уклон, а шар, если следовать вашей логике, должен оставаться на месте на полу вагона без движения относительно вагона!
 :uzhos:
"Всякое разумное дело имеет своё завершение, и только ерундой можно заниматься бесконечно."

Offline Ильич

  • Posts: 8384
шар, если следовать вашей логике, должен оставаться на месте на полу вагона без движения относительно вагона!
Почему бы и нет? Вагон движется с ускорением. В этом принципиальное отличие вагона от воды в том потоке. Вот если мы к вагону веревочку привяжем, чтобы у него скорость была постоянна, то шар точно покатится.
В воде мы эту веревочку спрятали в силе трения и вязкости.

Offline BormoGlott

  • Posts: 7477
Вот если мы к вагону веревочку привяжем, чтобы у него скорость была постоянна, то шар точно покатится.
вот не понял "юмора" про верёвочку, разве силы трения перестали действовать?
"Всякое разумное дело имеет своё завершение, и только ерундой можно заниматься бесконечно."

Offline Toman

  • Posts: 7842
Вот если мы к вагону веревочку привяжем, чтобы у него скорость была постоянна, то шар точно покатится.
В воде мы эту веревочку спрятали в силе трения и вязкости.
Фиг с ней с верёвочкой, у вагона есть и натуральное сопротивление движению. Но и у шара в вагоне тоже есть сопротивление качению. А в речном потоке некоторый парадокс возникает из-за того, что непонятно, какие именно объёмы воды считать за "вагон" для поплавка. Твёрдый предмет обладает способностью раздвигать воду. Поэтому, если мы примем, что он уже обгоняет струю, в сечении которой находится, то да, он именно эту струю и раздвигает, и съезжает именно относительно неё. А эта струя, как мы знаем, всегда в некотором роде "самая быстрая" (т.е. она быстрее средней скорости окружающих струй - иначе говоря, график скорости течения по сечению везде выпуклый). В этом случае оно вроде как и естественно, что на время раздвигая данную струю, предмет опережает её (а если эта струя является самой быстрой на вертикали или на всём сечении - то опережает тем самым и все остальные струи течения). Но это только когда мы приняли, что он уже обгоняет, раздвигая, "свою" струю (за которую мы считаем струю в том сечении, которое перекрывает погружённой частью поплавок, выше и ниже поплавка). Но если мы изначально принимаем, что он не обгоняет "свою" струю, а идёт с её средней скоростью, то не очевидно, почему он должен начать набирать скорость. Ведь "свою" струю (например, самую быструю) он ещё не раздвигает, а просто вместе с ней "проскальзывает" между соседних струй (более медленных - как минимум, в среднем более медленных), которые его тормозят за "бока" - как тормозят и "свою" струю. Чтобы набор скорости начался, нужно постулировать, что сопротивление трения (любого!) твёрдого предмета об соседние струи меньше, чем таковое сопротивление для струи воды, занимающей такое же сечение.

У меня, конечно, есть предположение, что, может, так оно и есть - потому что обгоняющая соседние струи струя воды (а она в реке их всегда обгоняет, в среднем, в смысле второй производной) начинает завихряться и интенсивно обмениваться с соседями, тем самым сильно замедляясь, тогда как твёрдый предмет обменяться с соседними струями не может, и даже в некоторой мере затормаживает обмен близлежащих объёмов воды с соседними струями. Если предположение верно, и механизм явления именно таков - то опережение течения должно наблюдаться только в турбулентном течении, т.к. в ламинарном, чисто вязкостном, твёрдый предмет не должен иметь никаких преимуществ перед струёй жидкости, а даже наоборот, должен отставать от самых быстрых струй внутри своего сечения (хотя и по-прежнему опережая те струи, которые остаются по сторонам). Если только не круглый и не "катится" по поверхности.

Однако это объяснение никак не ссылается на плотность материала поплавка - т.е. на форму надводной части и высоту центра тяжести, если только он не катится по воде. Впрочем, есть ещё один предельный случай, когда всё вроде бы понятно - неводоизмещающие режимы, напр. глиссирование. Но на глиссирование вроде как ещё выйти надо... Хотя какую-то роль не гидростатические выталкивающие силы, может быть, играют и на малых скоростях?
Во́зле до́ма хо́лм с куля́ми - вы́йду на́ холм, ку́ль поставлю.

Offline Ильич

  • Posts: 8384
вот не понял "юмора" про верёвочку, разве силы трения перестали действовать?
Не понял "юмора", потому что его нет.
Сил трения у вагона недостаточно, чтобы его ускорение стало нулевым. Он разгоняется, если про настоящий вагон. А если это тележка на столе, то её ускорение я сам на лабораторной работе по физике в девятом классе средней школы измерял.

Online Upliner

  • Posts: 2992
  • Kredinto, esperinto, aminto
часть объекта находится выше поверхности воды
И эта часть не при делах. Сравниваем сопротивление погружённой части объекта и объёма воды той же формы.
Я что-то не понял, с какой стати она не при делах? На неё разве не действует гравитация? А так как поверхность воды наклонена, то относительно потока она действует чуть-чуть вперёд. А уравновешивающая её выталкивающая сила действует перпендикулярно поверхности воды.
Цмок не належыць дзяржаве. Дзяржава будзе належаць Цмоку.
(Валеры Гапееў, Ноч цмока)

Offline BormoGlott

  • Posts: 7477
шар, если следовать вашей логике, должен оставаться на месте
Почему бы и нет?
На первом рисунке шар, в горизонтально стоящем вагоне, неподвижен, поверхность воды в стакане горизонтальна.
Как по-вашему будет располагаться вода в стакане в вагоне, скатывающемся с горки: как на рисунке 2, параллельно полу, или горизонтально как на рисунке 3?
"Всякое разумное дело имеет своё завершение, и только ерундой можно заниматься бесконечно."

Offline Ильич

  • Posts: 8384
в вагоне, скатывающемся с горки
Ответ зависит от того с каким ускорением скатывается.

Offline BormoGlott

  • Posts: 7477
Ответ зависит от того с каким ускорением скатывается.
Несколькими постами ранее, вы говорили, что измеряли ускорение в школе. Ускорение зависит от наклона горки.
"Всякое разумное дело имеет своё завершение, и только ерундой можно заниматься бесконечно."

 

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?: