2.2.Сопротивление трения.

В природе существуют смачиваемые и несмачиваемые жидкостью тела. К несмачиваемым можно отнести водоплавающих птиц,у которых слой жира на перьях препятствует промоканию. Толщина слоя воды , приводимого в движение, у таких тел намного тоньше, чем у смачиваемых тел, и потеря энергии у них происходит в результате трения тонкого слоя молекул воды о поверхность тела. Сопротивление трения больше у тел, имеющих смачиваемую поверхность. При смачивании поверхности тела молекулы воды прилипают к нему и движутся со скоростью тела, увлекая за собой соседние слои.В результате этого вместе с телом перемещается значительная толща окружающей воды. Она тем больше,чем больше скорость движения тела и больше вязкость окружающей жидкости.Слой воды, вовлекаемый в движение телом называется пограничный слой.За толщину пограничного слоя принимают расстояние от смоченной поверхности движущегося тела до того слоя, скорость которого менее 1% от скорости тела. Внутри пограничного слоя могут иметь место ламинарный и турбулентный режимы перемещения жидкости. Каждому перемещению соответствуют свои законы распределения скоростей в слое.

В данном месте считаю необходимым сделать небольшую историческую сноску:

Знаменитый русский ученый Д. И. Менделеев в своем сочинении «О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании» в 1880 г. указывал на существование в природе двух режимов движения жидкости с различными законами ее сопротивления. Эта же мысль была развита и доказана в 1883 г. русским физиком Н. П. Петровым (1836—1920), впервые установившим, что при смазке силы трения, определяемые вязким сопротивлением при ламинарном движении, пропорциональны первой степени скорости. Петрову принадлежат также доказательство гипотезы Ньютона о силе внутреннего трения в жидкостях и разработка гидродинамической теории смазки.

Несколькими годами позже английский ученый Рейнольде провел свои опыты, наглядно подтверждавшие гипотезу Менделеева о существовании ламинарного и турбулентного движения жидкости.(материал с сайта www.techgidravlika.ru).

2.2.1.Ламинарный режим перемещения жидкости.

Ламинарным называется перемещение, при котором частицы следуют по траекториям, представляющим собой плавные, лишь слегка изменяющиеся кривые.При ламинарном режиме жидкость движется слоями без поперечного перемешивания, причем пульсации скорости и давления отсутствуют. При уменьшении шероховатости поверхности тела с 2 мм до 0.6 мм сопротивление трения снижается вдвое.Гидродинамические исследования твердых тел в воде показали, что при скорости 1-2 м/с доля сопротивления трением от общего сопротивления составляет около 10%.

2.2.2.Турбулентный режим перемещения жидкости.

Турбулентным называется вид движения с хаотически переплетенными и быстро изменяющимися по времени траекториями, с поперечными и даже попятными по отношению к общему движению перемещениями отдельных малых объектов воды.При турбулентном режиме слоистость нарушается, движение жидкости сопровождается перемешиванием и пульсациями скорости и давления.

Поэтому можно сделать вывод,что при ламинарном обтекании сопротивление меньше, чем при турбулентном.

2.2.На величину силы трения влияет величина смоченной поверзности , степень шероховатости тела, скорость движения тела,вязкость жидкости и характер движения жидкости в пограничном слое.

В 1883 году Рейнольдс на основании большого числа систематических наблюдений за движением воды в трубе установил,что существует характерное для режима движения критическое число,при котором резко возрастает сопротивление из-за быстрого увеличения турбулентных или вихревых движений молекул воды.

При малой скрорсти движения тела в жидкости или воздухе обтекание тела потоком происходит ламинарно. При большой скорости - турбулентно. Оказывается, что, если модель самолета испытать в воде со скоростью 7 км/час и в воздухе со скоростью 100 км/час, то результат будет одинаков. Поэтому модель самолета можно испытывать в гидроканале. Можно модель уменьшить в два раза, а скорость обтекания увеличить в два раза и от этого тоже ничего не изменится. Поведение тела в среде характеризуется безразмерным коэффициентом - числом Рейнольдса. Оно равно произведению характерного размера тела (диаметру трубы, по которой течет жидкость, хорде крыла...) на скорость движения деленное на вязкость среды. (материал с сайта rosinmn.ru).

В дальнейшем была выведена формула числа Рейнольдса для движущегося тела человека в неподвижной жидкости.

Из этой формулы видно, что чем больше рост пловца,тем при большей скорости движения возникает критическое состояние пограничного слоя, т.е. турбулентные движения воды у пловцов с высоким ростом возникают при больших скоростях движения.Число Рейнольдса в плавании не расчитывается не потому,что условия движения тела человека таковы, что даже на очень малой скорости ламинарное обтекание отсутствует,а в связи с тем,что турбулентные потоки вокруг движущегося тела человека постоянно меняются.Однако, зависимость этого показателя от роста пловца все-таки указывает на некоторые гидродинамические перимущества пловцов высокого роста.