Дрейф в открытой воде, ветер, волны

[Имя пользователя]

Ламинарный поток - это про воду, омывающую нос, а не про ветер. Потому как обсуждалось что он "lock in place", то есть удерживает на месте. Поток ветра наоборот старается снести каяк.

Хотить при 7 м/c можно, но в долгосрочной перспективе энергетически не выгодно. Лучше поспать день. Но на покатушках, и если очень надо - можно.

[Круглый Филин]

Ламинарный поток - это про воду, омывающую нос, а не про ветер. Потому как обсуждалось что он "lock in place", то есть удерживает на месте. Поток ветра наоборот старается снести каяк.

Уверены, что не перепутали? Там нет фразы "lock in place", а фраза "which is less “locked in”".
И вообще, вся статья о флюгировании - о том, что при боковом ветре каяк поворачивает на ветер, и о том, как дизайнеры каяков с этим борятся.
Волна - это ни разу не поток и уж тем более не ламинарный. Я особо не заострял, надеясь, что все в теме, но повторюсь ещё раз - волна - это движение воды вверх-вниз, движения вперёд практически нет, так что никакого "омывания носа каяка" и в помине нет.
Зато гребень волны, окатывающий нос (возникающий из-за слома гребня волны, ветра и движения каяка навстречу волне) - это относится уже к силе волн, стремящихся повернуть каяк параллельно себе.

[Имя пользователя]

я бы понял, что это про воду. Потому что если бы про ветер, то это не иммет смысла. Ламинарный поток ветра не старается удержать нос ( This is a result of pressure differences between the bow, which laminar flow wants to hold), а наоборот его сносит. Может быть просто автор неясно выразил идею.
Вот еще ссылка, гораздо более вменяемая.
http://www.paddling.net/guidelines/showArticle.html?583
Суть в том, что сносит и нос и корму, но корму больше. Чем быстрее идет каяк, тем болше эффект доворота к ветру. Если встать на перекур - см. изначальный пост в теме, доворот к ветру будет минимален и каяк приведется бортом к волне. Для предотвращения этого при отдыхе и нужна установка плавучего якоря, который работает как тормоз для сноса носа и имитирует уваливание под ветер. Тут все встает на свои места. Тем более, что направление ветра и волны почти всегда совпадают, особенно на маленьких водоемах.

[Круглый Филин]

А!!!! Понял!!! Круто, в ходе мозгового штурма докопались ещё до одного нюанса!
Итак, я его описываю в научно-популярном виде:
__________________________________________
Силы, воздействующие на неподвижный и движущийся каяк, неодинаковы.
К движущемуся каяку добавляется ещё одна сила, не воздействующая на неподвижный каяк.
Это сила называется - воздействие набегающего потока воды. У этой силы есть большое положительное значение - набегающая вода удерживает каяк на прямолинейном курсе, наподобие того, как двухколёсный велосипед при движении сохраняет вертикальное положение. Но у этой силы есть нюанс - её воздействие на корпус каяка неодинаково на нос и корму: на нос эта сила оказывает большее воздействие - нос более крепко сидит в потоке набегающей воды.
Если движущийся каяк испытывает воздействие бокового ветра, то из-за разной силы удержания корпуса в набегающем потоке воды, корма, держащаяся более слабо, сносится ветром сильнее - каяк стремится повернуть на ветер.

Как следствие такого явления, становится понятно, каким образом скег/руль помогают сохранять прямолинейное движение при боковом ветре. При движении, руль/скег позволяют уровнять разную силу воздействия набегающего потока воды.

Возникает вопрос - но ведь иногда, когда ветер очень сильный, возникает необходимость руль повернуть. В силу вышесказанного, быть может, поворот руля необходим, потому что опущенный руль вызывает перераспределение силы удержания удержания в набегающем водном потоке к корме? Т.е. до того, как был опущен руль - нос прочно сидел в потоке, а хвост слабо; но когда руль опущен - хвост стал сидеть сильнее, а нос слабее - и чтобы это компенсировать, руль надо переложить.

Вопрос к побывавшим под сильным боковым ветром: наблюдали ли вы подобную картину? То есть, после того, как вы опускали руль (в прямое положение), каяк стремился повернуть по ветру?

[Имя пользователя]

Опущенный в нейтральном положении и зафиксированный руль должен работать как большой скег, по крайней мере на плоской воде. Проверить не могу, ни один из моих каяков этой приблудой не оборудован. Принцип действия руля можно спокойно описать исзодя из той же модели. Поворачивая руль в сторону, вы как бы включаете дополнительный боковой ветер с этой стороны. Если лодка неподвижна - поворот руля ни к чему не приведет. Стоит начать двигаться - корму будет толкать в сторону противоположную повороту, и лодка "приведется" в сторону, куда повернут руль.

[Mikle]

Mikkle, все бы вам через интегралы по кругу.

То, что тут называют "интегралами" - это просто запись на математическом языке физических закономерностей - короткая, простая, понятная и не содержащая ничего лишнего. В отличие от слов. (В мат. смысле интеграл - просто сумма бесконечно малых, и ничего более. Про "бесконечно малые" -см ниже).

(случай из жизни в тему: много лет назад некоей секретарше дали набивать некий научный текст. Увидев выражение "бесконечно малый член" - она подумала, что это опечатка, и заменила его выражением "бесконечно милый член" )

Вот мой вариант. ...Не знаю, может так понятнее.

Нет Сергей, ответа на вопрос - почему вращается каяк - в этих рассуждениях нет.

А если по-простому и на пальцах, не значит ли все это примерно следующее - что пришедшая волна воздействует на корпус в районе носа сильнее, чем в районе кормы из-за того, что в носу угол встречи с волной больше, а дальше в корму волна проходит вскользь? (это в случае движения навстречу к волне)

Не заморачивайтесь хитрой геометрией, лишними деталями, и т.д., попробуйте понять основные составляющие явления, как говорят физики - эффекты первого порядка

Главное, это было понять, что волны и ветер поворачивают каяк в разных направлениях.

Это верно. А вот рассуждения про "горки", "машины в ямах" и "энергии" - не имеют абсолютно никакой физической строгости, т.е. просто неверны, см ниже.

Думаю, что с энергиями не все так просто, поскольку амплитуда раскачки кормы/носа лодки в любом случае больше амплитуды раскачки центра. Это раз уж Вы интегрируете цикл. Ведь, как известно, амплитуда колебаний и пропорциональна величине энергии.

Чтобы убедиться, что ваши рассуждения про "амплитуды" - неверны - проинтегрируйте функцию A * sin (x) от 0 до
2 pi. Будет 0, независимо от величины A.

Да и понятие "поле силы тяжести" - это не совсем то о чем шла речь. Речь шла о потенциальной, кинетической и "внутренней" энергиях.

(C) Все смешалось в доме Облонских... Вы уж разберитесь, о какой системе идет речь, какую задачу вы решаете, и с помощью каких физических принципов? Если рассматриваете систему (какую именно ??) в состоянии термодинамического равновесия - тогда для нахождения равновесного состояния используется принцип минимума термодинамического потенциала, и тогда не при чем кинетическая энергия, а рассматривается наряду с потенциальной - внутренняя энергия (температура). Если рассматривается чисто механическая система - то правильнее говорить не о минимуме энергии, а об устойчивом и неустойчивом равновесии. При этом данное устойчивое равновесное состояние может вовсе не обладать минимумом энергии (пример: вы в своей квартире на 10 этаже). Свой "принцип минимума" в теоретической механике есть - это принцип наименьшего действия, из него выводятся уравнения движения - на школьном уровне это - уравнения Ньютона. Т.ч. можете считать, что уравнения Ньютона - есть следствие принципа наименьшего действия, если именно этот принцип наиболее дорог вашему сердцу:). Только просьба не изобретать собственных принципов!:)) Кстати, сформулируйте, что вы считаете равновесным состоянием в рассматриваемом случае? (т.е. опишите это состояние на языке физики).

...то хотите Вы того или нет, но опять придется сказать о том, что в реальности судно с любыми обводами имеет тенденцию к постановке лагом к волне вне зависимости от длины этой самой волны.

Речь идет вовсе не о том, что это не так, а о том, что приведенное Вами "энергетическое" обоснование этого, по аналогии с "автомобилем в кювете" - неверно! Автомобиль сползает в кювет, если тангенциальная к поверхности склона составляющая силы тяжести больше силы трения. При этом положение автомобиля в кювете совершенно необязательно "лагом к стенкам кювета":)))
Каяк же движется вместе с волной (для простоты представим, что в каяке сидит манекен и не машет веслами), то поднимаясь (оказывается на горбе волны), то опускаясь (оказывается во впадине). Помимо этого, в самой волне есть движение частиц жидкости по замкнутым траекториям (см "трохоидальная теория морских волн"), причем радиусы орбит уменьшаются с глубиной, из-за чего возникает перемещение воды в направлении распространения волны (в звуковых волнах, например, никакого перемещения материи нет!). Также на каяк оказывает влияние сила тяжести, частично уравновешиваемая силой вязкостного трения о воду и силой гидродинамического сопротивления воды. Также на каяк действуют удары вторичных волн (вторичных по отношению к той волне, на которой он сидит), и удары волн, пришедших с других направлений. Но все это детали.

Главное же следующее (см также мои предыдущие посты):
1) если каяк имеет плоскость симметрии (нормальные каяки - да:)), и в нем (для простоты) сидит симметричный манекен, а направление ветра совпадает с направлением распространения волн (ось 0Z)- то в силу симметрии задачи существует только 2 равновесных (относительно вращений в горизонтальной плоскости, т.к. в вертикальной плоскости никакого равновесия нет, в отличие от авто в кювете!) положения каяка: а) когда диам. плоскость (ДП) каяка параллельна 0Z, б) когда ДП перпендикулярна 0Z (т.е. лагом к волне).

2) положение а) - неустойчиво в случае, когда SFa << SFw, где SFa - сумма (или нелюбимый некоторыми интеграл:))) всех сил со стороны ветра на каяк , а SFw - сумма всех сил со стороны воды на каяк (легко видеть, что т.к. речь идет о проекциях сил в горизонтальной плоскости - сила тяжести здесь не участвует непосредственно, только опосредованно через скорость каяка в жидкости), подробнее о силах - см. мой предыдущий пост на стр. 8.

Поэтому в этом случае реализуется положение б)

3) положение б) - неустойчиво в случае, когда SFa >> SFw, тогда будет положение а).

4) принципиальные отличия воздействия ветра и волн:
а) ветер дует с одного направления, а волны могут быть нерегулярными,
б) в волне существуют неодномерные движения частиц (не вдоль прямых), ветер же до встречи с препятствием движется по прямой,
в) 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) !. (Далее - см формулы в посте на стр 8)

И еще - теоретическая волна не может "бить" в борт, у нее нет горизонтального переноса энергии. На практике прибойная волна, волна на отмелях, острая ветровая волна ощутимо бьют в борт - что значит, теория и практика опять расходятся

Хорошая теория не расходится с практикой:). Трохоидальная теория волн на море, см выше.

А еще можно рассматривать случаи, когда скорость каяка больше скорости волны - серф. И так до бесконечности.

А еще можно рассматривать влияние луны, солнца, землетрясений и т.д. Можно, но не нужно сейчас. Не нужно браться сразу за все, нужно выделить главное для данного случая.

И это не слишком поддается дифференцированию "научными методами". Да и громоздкость традиционно применяемых для этого формул (так, кстати, и не объясняющих всей полноты пролематики) – уже сама по себе верный признак грубых косяков в основе дифференциального подхода.

Повторю: не гонитесь за "полнотой" - выделите и поймите для начала главное. Потом дополните: ). Формулы - просто краткий, четкий и наиболее простой (да-да!:) способ записи, не более того. В музыке есть ноты, у физиков их заменяют формулы. Рассуждения "от сохи" часто оказываются не более чем заклинаниями. "Дифференциальным подходом" народ пугать не надо: дифференциальное исчисление - это всего-навсего способ оперирования с бесконечно малыми: физические тела имеют сложную форму и двигаются по сложным траекториям, поэтому для описания таких движений тело разбивается на маленькие кусочки, а траектории - тоже на маленькие кусочки, для которых просто составляются действующие силы (например, маленький кусочек сколь угодно сложной поверхности - это плоскость!), после все это суммируется (страшное слово интеграл:) аналитически или численно (на компе), т.ч. ничего сложного и ужасного в этом нет:)) Сложность - в том чтобы выделить главное и правильно написать физическую модель.

[Имя пользователя]

Сложность - в том чтобы выделить главное и правильно написать физическую модель.

Браво, это то что я хотел сказать, подкалывая вас с интегралами по кругу. Их можно наворотить много а потом за деревьями не увидеть леса. Кроме того, вспомните интегральную историю, про Ахиллеса, не догоняющего черепаху. Иногда эта система счисления не оптимальна для построения модели.

Про трохоидальную теорию - с одной стороны, вы пишете это частности, с другой стороны она реально работает в некоторых условиях. Пренебречь или включить, поставив еще один интеграл? Мы не делаем расчет, нам нужен принцип.

Ваши формулы так же не объясняют поведение каяка на волне.
Fw = rho_w * (Vw - v)^2 /2 *dS1n *Kw, (2)
будет всегда бесконечно малой величиной около ноля. Кроме случаев когда мы наблюдаем выраженный трохоидальный эффект. То есть эта формула не дает ответа почему каяк встает лагом на длиннопериодных волнах на больших глубинах, где латеральный перенос воды мизерный. И что есть "поток воды"?

Нет Сергей, ответа на вопрос - почему вращается каяк - в этих рассуждениях нет.

То есть при действии двух разнонаправленных сил на противоположные концы протяженного околожесткого незакрепленного объекта не возникает вращения? Ну тогда не знаю. Я не пытался показать в данном примере взаимодействие ветра и волны, да и ветра по отдельности. Только поведение на волне. И перевести все в статику, c примерами на экстремумах, чтобы убрать интегралы .

Понравилось про уточнение с устойчивым состоянием вместо минимума энергии.

Да и к тому же, каякеру важно знать, что будет, а не почему В воскресенье поеду дифференцировать волны, возможно даже по кругу, если замесит.

и заменила его выражением "бесконечно милый член" )

Сразу виден трудовой стаж!

[Круглый Филин]

Заменил "наиболее энергетически выгодное положение" на "положение равновесия". Сравнение с колеёй оставил, потому что с чем-то надо сравнить, а ничего лучше на ум не приходит. Ездили на велике по колее? Ну или на авто? Они так и норовят в неё свалиться.

Ладно.
Если с волнами при движении и дрейфе мы разобрались (в обоих случаях волны стремятся повернуть каяк лагом к себе), с ветром оказывается сложнее. Сначала я написал, что каяк всегда поворачивает на ветер, но оказалось, что этот поворот случается только при движении и обеспечивается сочетанием движения каяка и воздействия ветра.
Поэтому теперь остаётся выяснить, будет ли каяк поворачиваться на ветер при дрефе, или не будет. Хотелось бы услышать слова очевидца :) (понятно, что сила ветра должна быть такой, чтобы перекрыть разворачивающую силу волн, т.е. больше 5-7мс! Если конечно ветер при дрейфе хотя бы в теории может поставить каяк носом на ветер. 5-7 - при этой скорости лично меня на ветер не поворачивало, а ставило лагом к волне)
[В натурном опыте с зубочисткой, сдуваемой со стола, она всегда укатывалась боком.]

[Имя пользователя]

самое выгодное энергетическое положение для каяка - каякером вниз . В опыте с зубочистской есть одна неточность, у нее профиль одинаковый по всей длине. Первое что приходит в голову - обслюнявить один конец и повторить вдув

[aborigen]

В опыте с зубочистской есть одна неточность, у нее профиль одинаковый по всей длине. Первое что приходит в голову - обслюнявить один конец и повторить вдув

Я с вашей прикладной физикой, на работе вчера бумажные каяки выгибал и по столу запускал, все равно суко боком дрейфит.