“Physics of Stream/Depth & Rowing (Part of Physics of Rowing)” [Filipino Translation]
Physics of Stream / Depth & Rowing
(Bahagi ng Physics of Rowing )
Original in English by Anu Dudhia
Kamakailang Mga Pagbabago
- 20-JAN-08 Na-update na layout.
Nilalaman
1. Panimula
Ang paglikha ng pahinang ito ay sinenyasan ng mga talakayan sa rec.sport.rowing newsgroup tungkol sa kung bakit ang paggaod sa upstream o sa ibaba ng agos ay magkakaiba, at gayon din ang pagkakaiba sa pagitan ng malalim / mababaw na tubig. Magsisimula ako sa pagsasabi na ipinapalagay ko na ang paggaod sa ibaba ng agos ay nararamdaman na ‘mas mabigat’ kaysa sa paggaod sa itaas ng agos, na aking personal na impresyon bagaman ang ilan ay magtatalo na ito ay ang iba pang mga paraan sa paligid – na hindi ko maipaliwanag maliban bilang isang pulos na sikolohikal na epekto. Gayundin, binabayaran ko ang pagbabago sa paglaban ng hangin, ibig sabihin kapag nag-hilera ka sa ibaba ng agos na palagi kang lumilipat nang mas mabilis kaysa sa hangin kaysa sa paggaod ng agos sa agos, kaya medyo nagsasalita, ang mga bahagi sa ibaba ng agos ay higit pa sa isang ulan kaysa sa mga salungat sa agos. Ito ay malinaw na wasto ngunit, sa palagay ko, hindi gaanong bale – muling nagsasalita nang personal,
2. Lagkit
Isaalang-alang ang dalawang ibabaw na pinaghihiwalay ng tuluy-tuloy, isang distansya H , na may ibabaw na lumilipat sa V at ang mas mababang ibabaw na naayos. Ang likido na nasa tabi ng itaas na ibabaw ay i-drag at magkakaroon ng paglipat sa velocity V habang ang likido na nasa tabi ng mas mababang ibabaw ay nakatigil, upang ang isang pare-pareho ang gradient na gradient V / H (na kilala rin bilang ‘gupit’) ay naka-set up sa likido.
Tulad ng sasabihin sa iyo ng anumang aklat-aralin sa pisika, ang Resistance R (sinusukat bilang puwersa sa bawat yunit ng yunit) na dulot ng lapot ay ibinibigay sa pamamagitan ng:
kung saan ang e ay ang koepisyent ng viscosity (sinusukat sa kg / m / s, ipinapalagay na pare-pareho), at ang paggugupit d v / d z = V / H sa kasong ito, kaya
Ito ay nagsasabi sa iyo na ang malagkit na drag (paglaban) sa itaas na ibabaw ay tumataas sa proporsyon sa bilis. Gayunpaman, ito ay talagang angkop lamang sa mga sitwasyon kung saan ang pahalang na haba ay mas malaki kaysa sa paghihiwalay H , upang ang gupit na patong ay pare-pareho sa buong haba. Ito ay totoo lamang para sa mga bangka na paggaod sa sobrang mababaw (pulgada) na tubig. Para sa karamihan ng mga layunin, ang isang mas mahusay na modelo ay kinakailangan.
3. Paglaban ng Bangka
Habang ang isang bangka ay gumagalaw sa pamamagitan ng nakatigil na tubig, ang tubig na nakikipag-ugnay sa mga busog ay agad na pinabilis sa bilis ng bangka V , ngunit ang gupit na gupit ay maaari lamang lumaki pababa sa isang nakapirming bilis W (itinakda ng ibig sabihin ng libreng landas ng mga molecule). Kaya ang mas mababang (static) na hangganan ng gupitin ang mga slope pababa mula sa mga busog:
Sa ibaba puntong x sa kahabaan ng katawan ng barko, ang hangganan layer ay na-lumalagong para sa isang oras t = x / V , kaya na naabot ng isang malalim na h = Wt = Wx / V . Kaya gamit ang Eq. (2.1) , ang viscous drag sa point x ay ibinibigay sa pamamagitan ng:
Ito ang pinagmulan ng batas ng V 2 para sa paglaban ng bangka ( cf paglaban sa proporsyonal sa V sa nakaraang seksyon) – tingnan ang Seksyon 2 ng Mga Pangunahing Kaalaman
4. River Flow
Ang daloy ng ilog ay hinihimok ng hydrostatic gradient presyon, na kung saan ay tapat sa buong buong seksyon ng ilog. Kung hindi para sa mga epekto ng lagkit, ito ay nangangahulugan na ang stream ay dumaloy sa pantay na bilis sa lahat ng mga punto sa loob ng cross-seksyon dahil ang bawat punto ay hinihimok ng parehong puwersa. Gayunpaman, dahil sa lagkit, ang daloy ay mas mabagal malapit sa nakapirming hangganan (riverbed at mga bangko) at mas mabilis na malapit sa libreng hangganan (ibabaw, dahil ang hangin ay nag-aalok ng medyo maliit na pagtutol sa daloy), at ang pinakamabilis na daloy ay ang pinakamalayo mula sa naayos hangganan, na nangangahulugan na malayo mula sa mga gilid at kung saan ang ilog ay pinakamalalim.
Ang diagram ay nagpapakita ng isang cross-seksyon ng daloy sa isang hindi pantay na kama ng ilog, ang mga contour ay kumakatawan sa daloy ng bilis. Ang daloy ay 0 sa tabi ng nakapirming hangganan, 1 para sa 1 layer ang layo, at iba pa. Tulad ng karamihan sa mga ilog, mas malawak kaysa sa malalim, ang daloy ng rate sa karamihan ng mga lugar ay tinutukoy ng malalim kaysa sa distansya mula sa mga panig. Ang daloy ng ibabaw ay kaya pinakamabilis na ( 3 ) sa kanang kanang kamay at pinakamabagal na nakatago sa mga gilid, o sa ibabaw ng gitnang tagaytay.
5. Epekto ng River Flow sa paglaban
Kung mayroong anumang daloy, ang stream ay magkakaroon ng sarili nitong vertical na gunting (kaliwang diagram sa Larawan 5.1 ). Mula sa Seksyon 3 , ang isang bangka na lumilipat sa tubig pa rin ay mag-set up ng sarili nitong shear layer sa ilang mga takdang punto sa ilalim ng katawan ng barko (kanang diagram).
Kapag kami ay may isang bangka na lumilipat sa isang stream, ang dalawang gunting na ito ay magkakaroon ng bilang sa Fig. (5.2)
Ang kaliwang diagram ay nagpapakita ng paggugupit na itinatag ng isang bangka na lumilipat sa upstream sa bilis V kamag-anak sa tubig, na kung saan ay mismo gumagalaw sa bilis U na may kaugnayan sa bangko o sa riverbed. Sa kasong ito ay may ilang mga pagkansela sa pagitan ng dalawang mga layer ng paggupit: ang bilis ng paggupit sa ilalim ng bangka ay nabawasan upang hindi gaanong maliwanag ang pagkumpara kumpara sa pa rin na tubig na kaso. Ang tamang diagram ay nagpapakita ng kabaligtaran na sitwasyon para sa isang bangka na lumilipat sa ibaba ng agos. Narito ang pagtaas at maliwanag drag ay nadagdagan.
Sa pangkalahatan, ang mas mabilis na daloy, o ang shallower sa tubig, mas malaki ang paggupit upang mas malaki ang pagkakaiba sa paglaban.
6. Mababaw na Tubig Paglaban
Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga seksyon 2 at 3 ay na sa unang kaso ang gunting na gupit ay naitatag na lalim samantalang sa huli ay patuloy itong lumago habang ang bangka ay dumaan.
Sa mababaw na tubig, maaaring mahawakan ng layer ng paggupit ang ibaba, kung saan ang kaso ay malinaw na hindi na lumalaki at ang Eq. (2.2) ay nalalapat sa halip na Eq. (3.1) . Sa unang tingin ito ay maaaring mukhang tulad ng isang magandang bagay, dahil sa Eq. (2.2) ang drag lamang ay nagdaragdag linearly sa bilis sa halip na ang parisukat ng bilis mula sa Eq. (3.1) . Gayunpaman kailangan mong tandaan na ang ilalim na epekto ay nadama sa mababang velocity sa halip na mataas na velocity (dahil ang gupitan maggupit ay may mas maraming oras upang mapabuti ang pababa sa mababang bilis) at ang punto kung saan ang dalawang maging pantay ay kung saan ang gupitin paghihiwalay naghihiwalay mula sa ibaba.
Kaya sa mababang velocities ang mababaw na paglaban ng tubig ay linear (ipinakita sa pamamagitan ng pulang linya sa Fig 6.1) at mas malaki kaysa sa inaasahan mula sa quadratic rehimen (na ipinapakita sa pamamagitan ng asul na linya) na may isang walang hangganan layer maggupit. Ang pagpapalit ng lalim ng tubig ay may epekto ng pagbawas ng slope ng linear na rehimen (differentiating Eq. (2.2) ):
upang ang paglipat (sa punto + sa diagram) mula sa linear sa parisukat ay nangyayari sa mas mababang velocity.
Kaya paano mababaw ang tubig ay dapat na bago mo mapansin ang ibaba? Maaari kang makakuha ng isang ideya ng lalim ng maggupit layer sa pamamagitan ng pagmamasid sa lawak ng patagilid gilid sa burol ng bangka (ang maggupit layer marahil lumalaki pababa sa magkano ang parehong rate bilang palabas), ibig sabihin, sa paligid ng 1 meter. Anumang mas malalim at hindi mo dapat mapansin ang ibaba sa lahat. Ang pinakamaliit na lalim para sa mga kurso ng Olympic Regatta ay, naniniwala ako, 2 metro, para lamang sa ligtas na bahagi.
Siyempre, dahil ang bilis ay may zero, ang pag-gunting na layer ay magpapatuloy sa kawalang-hanggan upang ang aktwal na lalim ng tubig ay palaging ‘napapansin’ kalaunan, ngunit kadalasan sa mababang resistances na imposibleng makilala sa pagitan ng linear at quadratic rehimen.
Tandaan na ang paglipat ng tubig ay magkakaroon din ng dumaloy-sapilitan paggupit (seksyon 5) , isang ganap na hiwalay na epekto. Sa kasong iyon (ibig sabihin, mga ilog) ang kabuuang lalim ay palaging magiging makabuluhan.
7. Salungat sa ulan / Hilaga
Ito ay isang pangkaraniwang maling kuru-kuro na kung huhugasan mo, sabihin, 2000m upstream, at 2000m sa ibaba ng agos, sinusukat laban sa ilang mga nakapirming punto sa bangko, ang iyong average na oras ay katulad ng kung ikaw rowed 2000m sa tubig pa rin (hindi ko pinapansin ang anumang pagbabago sa bilis dahil sa pagkapagod o ang mga epekto na tinalakay sa nakaraang mga seksyon). Para sa mga mababang stream na bilis, ito ay isang makatwirang approximation, ngunit ang average sa stream ay laging mas mabagal kaysa sa iyong oras ng tubig pa rin. Bakit? Dahil …
Ipagpalagay na ang iyong tunay na bilis sa pamamagitan ng tubig ay V , ang stream bilis ay U , at ikaw ay paggaod ng isang distansya L sinusukat sa kahabaan ng bangko.
Tulad ng iyong inaasahan, bilang bilis ng bilis U ay tapos na zero, pagkatapos ay ang average ng iyong (upstream + sa ibaba ng agos) beses tends patungo sa iyong pa rin ng tubig oras, ngunit para sa anumang mga di-zero stream, t A ay mas mahaba kaysa sa T S (dahil V 2 – U 2 ay palaging mas mababa sa V 2 ).
Paano naiiba? Dalhin V = 5 m / s (katumbas sa t S = 6: 40 = 400s, para sa 2000m sa tubig pa rin). Ang paggaod sa isang (mabagal) stream ng U = 10 cm / s, gusto mo hilera 2000m upstream sa t U = 408.2s, at sa ibaba ng agos sa t D = 392.2s, na nagbibigay ng isang average ng t A = 400.2s, ie 0.2 lamang mas mabagal, hindi mahalaga. Ngunit sa isang mas mabilis na stream ng U = 1m / s, makakakuha ka ng t A = 416.7s, ibig sabihin 16.7s out, o sa tingin mo ay tungkol sa 5 haba ng mas mabagal kaysa sa talagang ikaw ay. Tandaan na kahit na ang bilis ng stream ay nadagdagan ng isang factor ng 10, ang error ay nadagdagan ng isang factor 100 (depende sa U 2 ).