Про физическую викторину

[taki_net]

http://taki-net.livejournal.com/2174154.html

Соображения к решению под катом

У подводной лодки в погруженном положении есть, очень упрощая, только одно сопротивление движению - сопротивление воды, которое зависит от геометрических размеров лодки и скорости.

При ее движении в надводном положении эта часть сопротивления почти не уменьшается, так как погруженная часть лодки немногим меньше (примерно на 10 процентов), зато добавляется "волновое сопротивление".

Что такое волновое сопротивление? Это сила, производящая работу по образованию всем нам хорошо известных V - образных волн, расходящихся от форштевня корабля и от его винта. В отличие от колебаний воды, вызванных движением подводного тела, эти колебания происходят не в продольном направлении (от источника меняющегося давления), а перпендикулярно - вверх-вниз, и вовлекают большие массы воды. Эта добавочная работа сводит на нет уменьшение "подводного" сопротивления.

У обычного надводного корабля, и тем более у глиссера "подводное" трение очень маленькое, и он может развить большую скорость, несмотря на наличие волнового сопротивления. А вот подлодка в "палубном" положении проигрывает и обычному кораблю (подводное трение больше), и, в некоторых случаях, полностью погруженной лодке.

Тем не менее, почти все ранние лодки (доатомной эпохи) на поверхности двигались быстрее, так как могли идти под дизелем, а не слабеньким электромотором. Эффект большей скорости в подводном положении случайно встретился у лодок серии R (у них были необычайно мощные аккумуляторы и, как следствие, электромоторы), а потом стал нормой у лодок, у которых не было дизеля (и они не нуждались в атмосферном воздухе) - таковы немецкие лодки проф. Вальтера (двигатели с использованием перекиси водорода) и атомные ПЛ.

Comments

[mikev.livejournal.com]

А от самолетов тоже волн нет?
А что так бабахает, когда они летают со сверхзвуковыми скоростями?

[void-am.livejournal.com]

Волновое сопротивление корабля образуется из-за движения по поверхности воды, из-за того, что надо преодолевать еще и силу тяготения. Ближе к нему вспашка земли плугом.

Самолеты же летают в воздухе, у которого поверхности нет. Волновое сопротивление самолета появляется только при достижении скорости звука, когда воздух не успевает плавно обтекать всю поверхность самолета. А волновое сопротивление корабля имеет место при любой скорости (скорость звука в воде, емнип, 1400 м/с).

[taki-net.livejournal.com]

Чем дальше в лес - тем толще партизаны.

У поперечных волн на поверхности воды тоже есть типичная скорость распространения их фронта, и там тоже есть какие-то эффекты, связанные с этим.

А еще есть интересные эффекты от взаимодействия поперечных волн в воде с грунтом дна при как раз характерных для судоходных фарватеров глубинах...

[void-am.livejournal.com]

Есть, но это тоже какие-то большие скорости, достигать их в воде энергетически бессмысленно (пишу по памяти, потому как слишком давно интересовался).

При малой глубине волновое сопротивление только возрастает (поэтому сопротивление/скорость корабля указывают для глубокой воды, примерно 100-200 м). Кроме того, на малой глубине повышается сила трения из-за роста градиента скорости. Из-за этого, например, ограничивали движение глиссеров и катеров на подводных крыльях на реках и озерах - они заметно разрушали гидросооружения и глушили рыбу.
На этом эффекте, кстати, работают гидростатические взрыватели донных мин, принципиально нечувствительные к шумовым ловушкам вроде Nixie.

[the-aaa13.livejournal.com]

Не особо то и большие = около десятка километров в час. Вспомните волны на море/озере. Вовсе не так они и быстро движутся.

[void-am.livejournal.com]

Но попытка двигаться с такой же скоростью ведет к повышению высоты волны и скорости ее распространения... В итоге нерентабельно.

[the-aaa13.livejournal.com]

Скорость все же зависит не от высоты волны, а от ее длины. То есть сопротивление при превышении скорости волны конечно повышается, и дешевле двигаться медленнее, но как правило хочется-то быстрее, так что вполне рентабельно.

[void-am.livejournal.com]

Нет, именно высоты. Длина и скорость волны определяется ее высотой.

[mikev.livejournal.com]

То есть для продольных волн на большой глубине волновое сопротивление равно нулю?
Допускаю, что это так, но, видимо, чтобы это доказать, нужны какие-то более сложные рассуждения.

[void-am.livejournal.com]

Нет, до нуля даже при бесконечной глубине не падаетт, но появляются дополнительная составляющая, связанная с конечностью глубины.

[phoonzang.livejournal.com]

Не знаю, насколько соответствует правде, но в одной науч-поп книге прочитал, что именно в СССР первыми смекнули, что АПЛ по большей части должны двигаться под водой и отказались от классического корпуса ПЛ в пользу сигаровидного. У USS Nautilus еще волнорезный нос, а у Ленинского Комсомола "круглый".

[void-am.livejournal.com]

"Ленинский Комсомол" действительно был заложен раньше "Скипджека" - аж на девять месяцев. Вот только дизельная https://en.wikipedia.org/wiki/USS_Albacore_%28AGSS-569%29 была заложена еще до начала проектирования Ленинского комсомола.