Лингвофорум

Общий раздел => Наука и техника => Topic started by: Toman on March 17, 2016, 22:02

Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 17, 2016, 22:02
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?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: smith371 on March 17, 2016, 22:04
усложняете. все дело в разнице плотностей/сопротивления среды. где среда плотнее - тело ведет себя инертнее.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: piton on March 17, 2016, 22:31
Не замечал эффекта. Да и за счет чего можно опередить течение?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Flos on March 17, 2016, 22:42
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 ...

Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 17, 2016, 22:54
Не замечал эффекта.
Вот, в умной книжке написано, см. приложенную картинку (И.Ф. Карасев, "Речная гидрометрия и учёт водных ресурсов", Л., Гидрометеоиздат, 1980).
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 17, 2016, 23:05
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: злой on March 17, 2016, 23:12
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 17, 2016, 23:22
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: piton on March 17, 2016, 23:33
При безветрии за торчащую в почти неподвижный воздух часть предмет может только, наоборот, немножко притормаживаться.
И чем сильнее течение, тем больше притормаживает.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 17, 2016, 23:39
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: smith371 on March 17, 2016, 23:48
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 18, 2016, 00:40
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 18, 2016, 02:02
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?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Γρηγόριος on March 18, 2016, 02:10
А может это из-за ветра?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: злой on March 18, 2016, 05:37
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.


Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 18, 2016, 08:14
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Hellerick on March 18, 2016, 08:17
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?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: злой on March 18, 2016, 14:40
Наверно тем, что быстрые реки, как правило, горные и ледниковые :)
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: злой on March 18, 2016, 14:41
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?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: piton on March 18, 2016, 15:05
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Hellerick on March 18, 2016, 15:14
Вот только мне кажется, это правило будет соблюдаться и для совсем мелких ручьев, от которых глупо ожидать заметной разницы температур.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Awwal12 on March 18, 2016, 15:45
Что мешает ей падать с той же скоростью? Сила поверхностного натяжения?
Внутреннее вязкое трение в первую очередь, надо полагать.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 18, 2016, 15:50
Но вода же получается тоже падает? Что мешает ей падать с той же скоростью? Сила поверхностного натяжения?
Да. Занимательная механика - Перельман Я.И. (http://booksshare.net/index.php?id1=4&category=mechanics&author=pereliman-ya-i&book=1933&page=43)
Quote
вода же вследствие трения о русло обладает установившимся равномерным движением.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Neska on March 18, 2016, 15:55
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 18, 2016, 16:15
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: jvarg on March 18, 2016, 16:19
Из  пустяка целую тему создали...

Донные течения не совпадают с поверхностными....
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 18, 2016, 16:21
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 18, 2016, 16:23
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 18, 2016, 17:05
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?


Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: лад on March 18, 2016, 17:08
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Γρηγόριος on March 18, 2016, 17:11
О чём лай? По той же причине, по которой корабль под парусами идёт быстрее течения, и поплавок опережает оное: ветер.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: antic on March 18, 2016, 17:43
поплавок опережает оное: ветер.
Даже если ветер будет против течения?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Γρηγόριος on March 18, 2016, 17:55
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?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: лад on March 18, 2016, 18:05
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: jvarg on March 18, 2016, 18:06
Вопрос (разумеется!) о том, почему поплавок опережает именно поверхностное течение.
Т.е., это просто поплавок? Без грузила под водой?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 18, 2016, 18:29
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 18, 2016, 18:39
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 18, 2016, 18:44
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 18, 2016, 20:23
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 18, 2016, 20:38
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 18, 2016, 20:39
Это совсем другой случай, и там всё более просто и понятно.
Случай другой. Но есть сходство, которое позволяет понять ситуацию с поплавком.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 18, 2016, 21:03
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:
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 18, 2016, 21:18
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 19, 2016, 12:41
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?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 19, 2016, 13:03
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?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 19, 2016, 13:22
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Upliner on March 19, 2016, 18:29
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 19, 2016, 18:35
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?
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 19, 2016, 18:39
в вагоне, скатывающемся с горки
Ответ зависит от того с каким ускорением скатывается.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 19, 2016, 18:48
Ответ зависит от того с каким ускорением скатывается.
Несколькими постами ранее, вы говорили, что измеряли ускорение в школе. Ускорение зависит от наклона горки.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Ильич on March 19, 2016, 19:04
Вы задали вопрос:
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?
Вопрос не имеет ответа, потому что не все условия, необходимые для него, заданы. Что я и указал:
Ответ зависит от того с каким ускорением скатывается.

И что в итоге. Банальное утверждение:
Ускорение зависит от наклона горки.

Не собираюсь додумывать, что вы этим хотели сказать. Да и доказывать тоже. Не в школе мы.

Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 19, 2016, 19:24
Не собираюсь додумывать.  Да и доказывать тоже
как хотите.
что вы этим хотели сказать
на рисунке 3 шарик должен катиться вправо, чтобы он оставался неподвижным вода в стакане должна находиться в положении рис.2.
Ранее вы говорили
Сил трения у вагона недостаточно, чтобы его ускорение стало нулевым. Он разгоняется, если про настоящий вагон.
теперь вроде дали обратный ход:
зависит от того с каким ускорением скатывается.
Вот я и хотел понять ваше мнение: будет шар скатываться по полу вагона или нет. Ведь начали вроде "во здравие"
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.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 20, 2016, 09:57
Размышляя на эту тему, вот к каким выводам я пришёл: см. рис.
На вагон, стоящий на наклонной плоскости, действует сила тяжести Р, которую можно разложить на составляющие Pn и Pr. Аналогичные силы действуют и на шар. Под действием сил  Pr и Pfr, и вагон и шар начнут движение с одинаковым ускорением, но на движущийся вагон будет действовать сила трения Fr, поэтому он начнёт отставать от шара, и шар станет двигаться вперёд по вагону. При движении шара возникает сила трения Ff. Но..., силы трения Fr и Ff никак не связаны между собой, поэтому движение шара не прекратится, он будет катится до упора.
Те же выводы применимы и к плоту, движущемуся в течении реки.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 20, 2016, 12:01
Те же выводы применимы и к плоту, движущемуся в течении реки.
К течению реки в целом неприменимо приравнивать его к единому вагону, имеющему единую скорости. У речного течения нет единой скорости, и каждая элементарная струя имеет скорость, отличающуюся от соседних (в т.ч. и от дна - для тех струй, которые непосредственно с ним соседствуют). Каждая струя относится к соседним как эти шар и вагон - т.е. они все проскальзывают друг относительно друга. Если мы мысленно объединим поплавок, находящийся, например, в самой быстрой на реке струе - напр. поверхностной на стрежне - то получим банальный вывод, что поплавок обгоняет течение в среднем - постольку, поскольку эта струя самая быстрая. Но вопрос-то был не в этом, а в том, что он обгоняет и "свою" струю, в которую мы его мысленно поместили, а не плывёт вместе с ней.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 20, 2016, 12:15
К течению реки в целом неприменимо приравнивать его к единому вагону, имеющему единую скорости.
По-моему вас интересовало не течение реки в среднем и не в разных её частях по отдельности, а плот и течение рядом с плотом. Понятно, что часть воды непосредственно примыкающая к плоту будет им увлекаться, но это, мне кажется, в расчёт брать не стоит (или я вас неправильно понял).
PS. На картинке сила тяжести шара, направленная вертикально, указана ошибочно Pfr — следует читать Pf.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: Toman on March 20, 2016, 15:57
По-моему вас интересовало не течение реки в среднем и не в разных её частях по отдельности, а плот и течение рядом с плотом.
Строго говоря - плот и течение строго впереди и позади плота (т.е. непосредственно в том месте, через которое он спустя некоторое время проплывёт или проплыл некоторое время назад). Потому что струя сама по себе опережает среднюю скорость соседних струй (как раз из-за составляющей силы тяжести), так что опережение течения по бокам или снизу от плота само собой разумеется и не может вызывать никаких вопросов. А интересно именно опережение всех (даже самых быстрых) струй непосредственно в сечении, занимаемом плотом.
Title: Почему поплавок опережает течение?
Post by: BormoGlott on March 20, 2016, 18:58
А интересно именно опережение всех (даже самых быстрых) струй непосредственно в сечении, занимаемом плотом.
струи, занимаемые плотом, движутся как и сам плот под действием действием  силы тяжести ( точнее — составляющей, проекции на ось, параллельной руслу), но струя при движении тормозится силами вяскозного трения о соседние струи, которые движутся с меньшей скоростью, те в свою очередь тормозятся о соседние, и так далее до дна и берегов. Таким образом на плот силы трения, которые действуют на струи в его сечении, непосредственно не действуют, что позволяет ему двигаться быстрее струи, но как только он начинает движение  возникают силы сопротивления движению в этой струе, которые ограничивают его скорость относительно потока, в котором он движется. Получается ситуация абсолютно аналогичная с шаром в вагоне: силы тяготения заставляют двигаться плот и воду с одним и тем же ускорением, но окружающую воду тормозят силы трения, однако эти силы не действуют на плот, позволяя ему двигаться в струе вниз. То есть струя тормозится, а плот нет.  Поэтому получается, что плот сплавляется быстрее течения. Будь вода сверхтекучей, то вода и плот двигались бы с одинаковой скоростью и с ускорением до самого устья.