Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Техника гребли. Эскимосский переворот. Средства безопасности, спасательные жилеты, каски, аптечки. Первая помощь. Волны, ветер и прочие погодные явления.
Аватара пользователя
Mikle
Сообщения: 1128
Зарегистрирован: 15 апр 2010, 05:32
Reputation: 80
Город: Самара

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Mikle » 16 ноя 2013, 09:50

Круглый Филин писал(а):Подолью маслица..

Что, если явление "поворачивание на ветер", оно же "weather cock" рассматривать без всей этой турбуленции, ламинарности, а воспользоваться вот этим - http://exploration.grc.nasa.gov/educati ... tcock.html ?
Я попробовал воспользоваться формулой и получил отклонение от курса 75градусов, а если добавить влияние волн, то будет 65, примерно.

Майкл, ради всех богов, удержитесь от нелестных эпитетов, если сравнение ракеты с каяком вам покажется мозговзрывающим. ;)
Сравнение вполне уместное и поучительное: в вашей ссылке объясняется банальная мысль: если горизонтальная ось вращения ракеты находится в ЦМ (это правда нужно еще доказать, но тут уже точно придется разбираться с уравнениями Эйлера), центр парусности ракеты (т.е. "центр приложения аэродинамических сил")- ниже этой точки, а равнодействующая этих сил - направлена сверху вниз и справа налево как на том рис. - то вектор момента аэродинамических сил направлен от наблюдателя, и вращение - по часовой стрелке. Если ЦП в той же картинке выше ЦМ - то вектор момента - к наблюдателю и вращение против часовой стрелки. С каяком - аналогично. Про моменты сил я уже много раз писал, но похоже народ просто не понимает, что это такое, иначе бы поняли, что задача уже давно решена: ).
Shoorick писал(а): А Вы заметили, что я рассматриваю тело с иными габаритами (дельтоид) и распределением масс (ЦБС не в центре геометрической фигуры)?
Габариты не имеют значения для положения равновесия в данной задаче, также как и положение ЦМ, также как и то, является ли тело бревном, каяком, ромбом, гитарой, надувной женщиной и т.д., имеет значение только то, является ли для этого тела ДП плоскостью симметрии или нет, и имеет ли оно длину много большую ширины.
Shoorick писал(а): 1. У вашего весла есть еще и симметрия не только относительно ДП, но и относительно его центра. Нарушим ее. Что будет, если одна лопатка будет тяжелее второй? Развернется ли весло лагом?
Если волна двумерная, т.е. зависит только от переменных z и x, где 0x - ось распространения волны, 0z - вертикальная ось (мы только такие волны и рассматриваем для простоты!) - то да, конечно развернется. Т.к. только в этом положении сумма моментов будет равна 0 для такой волны и брошенного в него тела, даже с неравномерным распределением веса по длине.
Shoorick писал(а): 2. Вместо весла поместим в воду квадратный плот (с центром тяжести и ЦБС посередине). Он тоже симметричен относительно ДП. Сколько у него будет устойчивых положений равновесия?
Отличный вопрос!:)) А давайте я пока не буду выдавать ход решения этой задачки (задачка действительно хорошая:), а посмотрим, какие соображения есть у читателей этой ветки по данному поводу? (оговоримся, что для простоты будем иметь в виду плот на маленьком озере, т.е. ветер есть, волн нету).
(задачка хороша тем, что тут очень трудно будет отделаться лингвистическими упражнениями: )
Shoorick писал(а): 3. Воздействие ветра (волны) невелико и меньше силы сопротивления воды. Будет ли вращаться лодка?
Это уже плохой вопрос, т.к. поставлен безграмотно, если подумать: сила сопротивления воды пропорциональна скорости обтекания, т.е. сама зависит от скорости вращения. Если лодка не в положении равновесия - будет вращаться, а вот с какой скоростью - зависит от силы ветра и момента инерции лодки. Пишите уравнения - поймете динамику процесса: ).

P.S: еще одна задачка: найти 3 ошибки в следующем пассаже:
Operator писал(а): В общем и целом, учитывая ваш с Миклем научный подход, уместно сослаться на известную формулу, однозначно трактующую энергию как:

E=mc^2

Из этой, пусть и несколько упрощенной формулы (поскольку она не содержит планковской константы), легко сделать вывод, что вся без исключения энергия материального мира в своей основе однозначно связана с "массой". Ну или с "дефектом масс", кому как нравится.
Подсказка: Сергей уже 1 шт нашел, но где еще 2 шт ?
КБ СамБот - производство судов для спорта, отдыха и туризма

Аватара пользователя
Круглый Филин
Сообщения: 121
Зарегистрирован: 02 ноя 2013, 00:09
Reputation: 0
Город: Москва

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Круглый Филин » 16 ноя 2013, 21:54

Майкл, что вы скажете о насовской статье применимо к каяку? Если исходить из неё, то приведение к ветру будет лишь до какого градуса. Что скажете о 65градусах? (по формуле выходит 75, но я ещё добавляю некоторую силу волн).
Вообще, применима ли данная формула к телам, движущимся меньше скорости ветра? Ведь ракета летит 3000кмч - 2-3км/с, ветер 50-200-ххх кмч. По сравнению со скоростью ракеты ветер просто стоит на месте.
WS Tsunami 145, Смена1 2 штуки(предоставлены производителем, обе расклеились, не рекомендую), Щука1 (хорошая, но не для холодной или открытой воды, нынче разобрал на гермы)

Аватара пользователя
Круглый Филин
Сообщения: 121
Зарегистрирован: 02 ноя 2013, 00:09
Reputation: 0
Город: Москва

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Круглый Филин » 16 ноя 2013, 22:57

Кстати, товарищи! Если в формулу tan B = v/w подставить скорость каяка 0,1кмч и ветер 20кмч, то каяк встанет в положение левентик! а это противоречит тому, что волны разворачивают каяк в галфинд.
Значит, либо это формула неприменима вообще, либо нужно вводить переменную - отклоняющую силу волн, а вот как её высчитать - хз.
WS Tsunami 145, Смена1 2 штуки(предоставлены производителем, обе расклеились, не рекомендую), Щука1 (хорошая, но не для холодной или открытой воды, нынче разобрал на гермы)

Аватара пользователя
Mikle
Сообщения: 1128
Зарегистрирован: 15 апр 2010, 05:32
Reputation: 80
Город: Самара

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Mikle » 18 ноя 2013, 04:43

Круглый Филин писал(а):Майкл, что вы скажете о насовской статье применимо к каяку? Если исходить из неё, то приведение к ветру будет лишь до какого градуса. Что скажете о 65градусах? (по формуле выходит 75, но я ещё добавляю некоторую силу волн).
Вообще, применима ли данная формула к телам, движущимся меньше скорости ветра? Ведь ракета летит 3000кмч - 2-3км/с, ветер 50-200-ххх кмч. По сравнению со скоростью ракеты ветер просто стоит на месте.
Круглый Филин писал(а):Кстати, товарищи! Если в формулу tan B = v/w подставить скорость каяка 0,1кмч и ветер 20кмч, то каяк встанет в положение левентик! а это противоречит тому, что волны разворачивают каяк в галфинд.
Значит, либо это формула неприменима вообще, либо нужно вводить переменную - отклоняющую силу волн, а вот как её высчитать - хз.
Филин (и другие), Вы в конец сами себя запутали (надеюсь что без обид, но написанное выше в цитатах- бред). Мой вам совет - не пытайтесь найти в инете готовые формулы, рецепты и объяснения на все случаи жизни, съэкономьте свое время, не ищите некоторое время в интернете ничего вообще.

Вы человек интересующийся - направьте ваш интерес в позитивное русло:
1) идете в книжный магазин, ищите полку с учебниками по физике, выбираете учебник по теоретической механике (лучше пару шт), предварительно пролистав несколько вариантов.
2) Если во время пролистывания вариантов обнаружите, что математику вы тоже подзабыли - захватите там же заодно учебник по математике (матанализ). Что-нибудь максимально понятное для вас..
3) Далее неспешно (вам же не экзамен сдавать!) читаете все это в свое удовольствие, чтобы достичь понимания.
4) После того, как некоторое понимание будет достигнуто - возвращаетесь сюда, в эту ветку: )). В качестве хорошего теста на понимание: если поймете (не на пальцах, а на самом деле, на уровне физ-мат модели:)), почему детский волчок движется так, как он движется - считайте, что в какой-то степени усвоили материал: )
Кстати, после овладения основами и интересные учебники по океанологии, ссылки на которые я привел выше - тоже сможете с большим пониманием прочесть.

Теперь возвращаемся к ракетам и каякам: немного освоив теормех, вы будете понимать, что для решения задач о ракетах и каяках не нужно никаких лишних слов, нужно составить уравнения движения центра масс в проекциях на декартовы оси координат, к этим уравнениям (описывающим закон изменения вектора импульса тела) прибавляются уравнения, описывающие вращения тела относительно системы отсчета, связанной с ЦМ.

В простейшем случае, когда тело имеет закрепленную ось вращения, уравнение, описывающее вращение, выглядит как I dw/dt = M, где I - момент инерции отн. оси вращения, w - угловая скорость (частота) вращения, M - суммарный момент сил отн. оси вращения. Для детского волчка, ракеты и каяка - уравнения вращения, вообще говоря, могут быть более сложные (т.к. нет закрепленной оси вращения), там могут возникать те самые "страшные" тензора (по-простому - матрицы), о которых говорил Имя Пользователя (правда в большинстве случаев тензора будут диагональные).

Но в случае каяка можно на самом деле не решать уравнения движения, чтобы найти такое положение каяка, в котором вращение отсутствует (w стремится с течением времени к 0), т.е. чтобы найти положения равновесия относительно вращения. Для этого достаточно рассмотреть симметрию задачи и найти, какие положения равновесия будут устойчивыми, а какие нет. Такое решение мною приведено выше , см мое сообщение 15 ноября 2013 на стр. 16., также см. мои предыдущие сообщения по теме, в одном из них объяснялось, при каком условии каяк будет лагом к волне, а при каком - параллельно ветру разворачиваться.

Если нет волн, но есть сильный ветер (каяк на маленьком пруду, например) - каяк должно развернуть носом к ветру или от ветра (при этом ДП параллельна напр. ветра), в зависимости от взаимного расположения ЦБС и ЦМ. Куда именно - уже писалось выше много раз, формально математически направление разворота легко определить по направлению вектора M = [rxF], где r - радиус вектор от ЦМ к ЦБС, F - вектор аэродинамической силы, приложенной к ЦБС, [rxF] - векторное произведение векторов (см в википедии, что это такое). Но направление разворота и так достаточно очевидно, если сделать чертеж.

Что касается ракеты - то та формула по той ссылке - чисто иллюстративная и ни на что серьезное не претендующая (иллюстрация для людей, не знающих физики). Она, очевидно, не решает задачу, т.к. движение ракеты в поле силы тяжести земли, что с ветром, что без ветра - очевидно не происходит по прямой. Возможно на каком-то участке траектории ракеты и будет такой угол, но чтобы понять, будет ли на самом деле, и на каком участке - нужно решать задачу (по ссылке решением там даже не пахнет).

Аналогия с каяком там прослеживается только в одном элементе - это в какую сторону будет происходить вращение, в зависимости от взаимного расположения ЦМ и ЦБС.

Короче говоря, не берите в голову, лучше изучайте теормех, если хотите в этом разбираться.
КБ СамБот - производство судов для спорта, отдыха и туризма

Аватара пользователя
Круглый Филин
Сообщения: 121
Зарегистрирован: 02 ноя 2013, 00:09
Reputation: 0
Город: Москва

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Круглый Филин » 18 ноя 2013, 11:30

Закончился мой недельный (вообще, я не считал дни) сёрф забугорных сайтов. Ел, спал и сёрфил.
kirillaristov.com/kb/drifting-kayak-handling-beam-winds-weathercocking

В статье я решил не освещать физические расчёты, потому что моё личное мнение сложилось такое - для каяка можно сделать только приблизительные расчёты, очень уж много зависит от формы, груза, уровня волнения и скорости каяка.

Мне кажется, я написал именно так, как надо - отбросил в сторону максимум теоретической шелухи, оставив только сухой итог.

Жду комментов, объективная критика приветствуется. Замечания об очепятках, плиз, в личку.
Уровень предполагаемого читателя - начинающий продвигаться. Пожалуйста, оценивайте статью с точки зрения новичка.

Ещё раз повторюсь, почему я решил не упоминать о физических подсчётах - я считаю, что всё это беспочвенно до тех пор, пока кто-то не загонит каяк в гигантский тестовых бассейн и не прогонит серию тестов в самых различных условиях. А до этого это всё лишь демагогия.
В бурном море каяк напоминает шмеля - то, что для крупного корабля фигня, для каяка будет три подряд оверкиля. Мне кажется, для каяка, как и для шмеля, должны быть свои законы плавания. И они всё равно будут сильно зависеть от модели, груза, опыта, скоростей.
WS Tsunami 145, Смена1 2 штуки(предоставлены производителем, обе расклеились, не рекомендую), Щука1 (хорошая, но не для холодной или открытой воды, нынче разобрал на гермы)

Аватара пользователя
Евгенич
Сообщения: 56
Зарегистрирован: 16 окт 2012, 04:35
Reputation: 6
Город: Таганрог
Контактная информация:

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Евгенич » 18 ноя 2013, 21:09

Я что хочу сказать - мы тут немного увлеклись физикой-математикой. Дело конечно полезное, нужное и даже где-то увлекательное (кому-то). Но в начале стоял практический вопрос: что нужно делать, чтоб каяк в дрейфе развернуть носом на ветер? Я тут вчера был на воде, вспомнил эту тему и провел небольшой эксперимент - поднял руль (почти вертикально) и педалью поставил перо под углом к ветру. Лодка легко и непринужденно привелась к ветру. Ветерок был слабый 2-3 м/с., волна соответствующая. Но полностью в левентик встать не удалось - когда перо руля заходило в ветровую тень за моей спиной его разворачивающее действие прекращалось. Правда у меня не каяк, а байдарка с парусом. На каяке, полагаю, это должно работать еще лучше - парусность каяка совсем маленькая и на фоне неё парусность пера еще более заметна.
Т.е. что мы видим:
1) вынимаю руль из воды - ЦБС перемещается несколько вперед ( тендеция к приведению увеличивается)
2) появляется парусящая плоскость над водой - ЦП смещается несколько в корму (тенденция к приведению еще больше)
3) перо ставится под углом атаки, но уже в воздушном потоке - лодку разворачивает рулем, как ему, рулю, это и положено.
мои лодки - Winner Otium I и байдарочный тримаран

Аватара пользователя
Круглый Филин
Сообщения: 121
Зарегистрирован: 02 ноя 2013, 00:09
Reputation: 0
Город: Москва

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Круглый Филин » 19 ноя 2013, 00:34

Евгенич, очень приятно слышать о натурном опыте!
Вы дали полезную информацию. Я подумаю, как её можно вставить, наверное даже понадобится кое что изменить.
Видите, здесь как раз начинается то, что я называю "тысяча вариантов". То есть однозначно писать нельзя, всегда надо оставлять лазейку. Вот как например у вас - чуть изменится ветер, чуть более сильная волна пойдёт, руль другой парусности, каяк другой парусности, другая развесовка/загрузка/осадка - и не факт что картина повторится.
Но то, что каяк всё же приводится, когда поднято перо руля - это полезная инфа.
Я поддерживаю уход от голой физики в пользу натурных испытаний (у меня к сожалению нет сейчас возможности выходить "в море").
WS Tsunami 145, Смена1 2 штуки(предоставлены производителем, обе расклеились, не рекомендую), Щука1 (хорошая, но не для холодной или открытой воды, нынче разобрал на гермы)

Аватара пользователя
Shoorick
Грозный модератор
Сообщения: 4658
Зарегистрирован: 31 авг 2010, 06:25
Reputation: 71
Город: Минск
Контактная информация:

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Shoorick » 19 ноя 2013, 08:11

На практике цена всем нашим спорам - два гребка.
Белое, Карское, Охотское, Японское, Тихий, Байкал, Адриатика, Черное

Аватара пользователя
Shoorick
Грозный модератор
Сообщения: 4658
Зарегистрирован: 31 авг 2010, 06:25
Reputation: 71
Город: Минск
Контактная информация:

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Shoorick » 19 ноя 2013, 21:13

Я вспомнил еще один вариант дрейфа: дрейф на течении. Проще всего встретить на реке, можно и на море: приливы, отливы, проливы, морские течения. Если в лодке ЦП впереди ЦБС и нет руля, то постепенно разворачивает полубоком назад, то есть примерно 90-180 градусов к направлению течения, в зависимости от течения, судна, загрузки и проч.

Мне кажется, что так происходит всегда и при дрейфе от ветра, при дрейфе от волны. Почему - пытался объяснить выше. Надо, наверное, еще картинки нарисовать.

Круглый Филин, спасибо за статью и за подбор ссылок.
Кое о чем раньше не задумывался, например еще об одном недостатке движения по волне.
Откуда иллюстрации с каяком и центрами?
Объяснение про разворот каяка параллельно волнам не понял. Указывается три силы и что их результирующая старается развернуть каяк именно так. Почему, не понятно.

Operator, мои вопросы были к следующему:
1. Раз разворот объясняется горизонтальным переносом энергии волной, а раскачивание лодки само по себе ничего не дает, значит, "теория о разности потенциалов поднятых носа и кормы" излишняя для объяснения.

2. Пример с сильным ветром и волной показывает, что система не всегда стремится к стабильности.
Это не маятник, который постепенно останавливается, это маятник, который постоянно подталкивают.

3. "Линия эквипотенциальности", проходящая по каяку, - утопия. Если каяк у Вас стал левым полубоком по ветру (45 градусов), значит эта самая "линия" пересекает каяк тоже под 45 градусами к продольной оси, наискосок от слева сзади к справа впереди. Если каяк развернете правым полубоком, Вам придется нарисовать эту линию уже наискосок от справа сзади к слева впереди. Так что, хоть Вы и задним числом подкорректировали свой "принцип", он не стал от этого более правильным.
Белое, Карское, Охотское, Японское, Тихий, Байкал, Адриатика, Черное

Аватара пользователя
Shoorick
Грозный модератор
Сообщения: 4658
Зарегистрирован: 31 авг 2010, 06:25
Reputation: 71
Город: Минск
Контактная информация:

Re: Дрейф в открытой воде, ветер, волны

Сообщение Shoorick » 19 ноя 2013, 22:56

Mikle писал(а):Ошибка в том, что Вы пытаетесь здесь что-то описать словами, а здесь как раз тот случай, когда "пальцы" не годятся и нужно написать уравнения!
Я внимательно перечитал все Ваши сообщения в теме, и пришел к выводу, что Вы в той же мере занимаетесь "лингвистическими упражнениями", как и другие.

Уравнения - это всего лишь один из языков, которым можно передать идею, и в этом языке тоже могут быть ошибочные фразы и опечатки. Чтобы применить уравнения к конкретной ситуации, или сделать из них определенный вывод, тоже должны быть основания.

Теперь конкретно.
просто осознать, что разница скоростей Vw - v будет минимальна, если каяк - лагом к волне, далее смотрим на формулу Fw = rho_w * (Vw - v)^2 /2 *dS1n *Kw
и делаем очевидные выводы.
каяк практически неподвижен относительно ветра, но движется практически вместе с волной, разница их скоростей невелика и минимальна, когда судно в положении б) (лагом к волне)
1. Уточняю: хороший каяк не движется вместе с волной, добрую ее часть он пропускает под собой.
Но сдвиг (дрейф) при этом тоже присутствует.

Далее, с чего Вы решили, что в положении лагом разница скоростей воды и каяка минимальна?
Получается, Вы бездоказательно считаете, что каяк, развернутый лагом, волна несет быстрее, чем каяк, повернутый на любой другой угол. Это неочевидно.

2. Что должно прийти в голову, если смотреть на эту формулу? Насколько понял, Вы считаете, что каяк рано или поздно должен принять одно из стабильных состояний, причем оно должно характеризоваться снижением этой силы Fw. Это возможно в двух случаях: минимальная площадь парусной поверхности dS1n, или минимальная разница между скоростями волны и каяка Vw и v. Первый случай а) получается у Вас при положении носом или кормой к волне, второй б) при положении лагом.

Про второй случай я сомневаюсь и написал об этом выше.

Дополню, что Fw может принять минимальное значение и в случае определенной взаимной комбинации Vw-v и dS1n. Например, в этой ситуации:

Изображение

лодка будет разгоняться водой лучше, чем стоя лагом, парусность небольшая. Как следствие, произведение квадрата (Vw-v) на площадь dS1n оказажется меньше, чем итог той же формулы для каяка, стоящего лагом. В формуле еще не учтено, что кроме площади парусной поверхности важен и угол ее расположения к ветру. За счет этого при остром угле сила воздействия будет еще меньше.

3. Почему Вы считаете, что стабильное состояние каяка - это именно тогда, когда Fw минимальна?
Ведь может быть и так: сила воздействия волны значительна, но в данной конкретной ситуации она направлена таким образом, что не создает вращающий момент. То есть важен не результат этой формулы, а взаимное расположение и величина сил.

Из формулы не ясна динамика процесса. Почему-то у Вас эта сила должна уменьшаться, а что при этом происходит с лодкой, непонятно.

4. Вы рассматриваете два случая: воздействие волн и воздействие ветра. В обоих случаях применяются аналогичные формулы, и воздействие идет с одного и того же направления, но при этом почему-то в одном случае каяк встает перпендекулярно, а в другом параллельно воздействию.

В одном из сообщений, Вы объясняете это так: если воздействие воды на каяк SFw превышает воздействие ветра SFa, значит, каяк разворачивается лагом. В обратном случае - параллельно ветру. Почему так? Это же ниоткуда не следует.
Нужно писать так: тела с равными габаритами и массами...
Габариты не имеют значения для положения равновесия в данной задаче ...
имеет значение только то ...имеет ли оно длину много большую ширины.
5. Я вижу в этих фразах противоречия.
К тому же, если посмотреть на картинку выше, станет ясно, что у реального каяка расположение ЦП, ЦБС и воздействующих сил может оказаться не таким, как в Вашей модели.
1. У вашего весла есть еще и симметрия не только относительно ДП, но и относительно его центра. Нарушим ее. Что будет, если одна лопатка будет тяжелее второй? Развернется ли весло лагом?
Если волна двумерная, т.е. зависит только от переменных z и x, где 0x - ось распространения волны, 0z - вертикальная ось (мы только такие волны и рассматриваем для простоты!) - то да, конечно развернется. Т.к. только в этом положении сумма моментов будет равна 0 для такой волны и брошенного в него тела, даже с неравномерным распределением веса по длине.
6. В данном примере ЦП все еще посередине весла, а ЦБС ближе к одной из лопаток. В результате, весло будет продолжать разворачиваться, ведь слева и справа от оси вращения действуют силы разной величины.
2. Вместо весла поместим в воду квадратный плот (с центром тяжести и ЦБС посередине). Он тоже симметричен относительно ДП. Сколько у него будет устойчивых положений равновесия?
Отличный вопрос!:)) А давайте я пока не буду выдавать ход решения этой задачки
7. Как видим, больше никому не интересно это решение. Тогда каково будет Ваше?
3. Воздействие ветра (волны) невелико и меньше силы сопротивления воды. Будет ли вращаться лодка?
Это уже плохой вопрос, т.к. поставлен безграмотно, если подумать: сила сопротивления воды пропорциональна скорости обтекания, т.е. сама зависит от скорости вращения. Если лодка не в положении равновесия - будет вращаться, а вот с какой скоростью - зависит от силы ветра и момента инерции лодки.
8. А статичная, стоящая вода разве не сопротивляется движению (повороту) лодки? Существует статическое давление воды, момент инерции каяка. В результате в реальности каяк не будет доводиться при вращении до "идеальных", предсказанных углов к ветру/волне.
Белое, Карское, Охотское, Японское, Тихий, Байкал, Адриатика, Черное

Ответить

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость