Часть 1

Техника спортивного плавания

Рис. 2.1

Структура течения вокруг крыла с указанием направ­ления и скорости течения; меньший промежуток между линиями тока показывает участки наиболее высокой скорости

Рис. 2.2

Классическая гидродинами­ческая модель структуры течения «идеально» теку­щей среды без учета вяз­кости жидкости; рисунок иллюстрирует структуру течения вокруг препятст­вия цилиндрической формы

Рис. 2.3

Турбулентное течение позади погруженных тел: цилиндрической формы (а); обтекаемой формы (б); пограничные слои «замедленной» жидкости заштрихованы

жения в гипотетической «иде­альной» жидкости. Однако линии на диаграммах структуры течения такой жидкости правильны, посто­янны (рис. 2.2) и не объясняют яв­ления, при которых важна роль вязкости. Без стрелок, указыва­ющих направление течения, его не­возможно было бы определить из-за абсолютной симметричности структур течения и давления. Кро­ме того, согласно теории идеальной жидкости, она скользит за телом, «не прилипая» к нему и не образуя пограничного слоя. Симметрич­ность структуры течения и отсут­ствие слоя «задерживающейся» жидкости в этой идеальной невяз­кой жидкости означает, что на ци­линдр не действует сила сопротив­ления.

Ввиду относительно небольшой вязкости воды и воздуха, по край­ней мере по сравнению с такими жидкостями, как масло, в некото­рых случаях можно было бы допус­тить применение теории идеальной жидкости, однако не при анализе

структуры их течения мимо твердо­го объекта, когда их вязкостью нельзя пренебречь (рис. 2.3).

Тонкие линии на рис. 2.3 отра­жают средние траектории движе­ния потока. Имеется и погранич­ный слой «замедленной» жидкости вокруг передней половины цилин­дра (заштрихованной), в котором элементы жидкости прилипают к объекту, что повышает вязкость и замедляет движение их «соседей». С другой стороны, движущиеся «соседи» воздействуют в направле­нии вниз на «приклеивающиеся» элементы, которые, в свою очередь, сообщают его телу в виде поверх­ностного сопротивления.

Вода не может ускоряться до бесконечности именно из-за своей вязкости (внутреннего трения), при отсутствии которой скорость тече­ния в реках достигала бы сотен ки­лометров в час, что имело бы до­вольно плачевные последствия. Пловец способен «захватить» воду лишь потому, что вязкость воды способствует разделению потока, а это приводит к различию давления вокруг руки. При определенных условиях этот дифференциал дав­ления обеспечивает сопротивле­ние, вследствие которого возника­ет движущая сила (Каунсилмен, 1982). Однако вязкость не только помогает пловцу продвигаться впе­ред, но и создает сопротивление формы, затрудняющее его продви­жение, в результате чего к телу «прилипают» контактирующие с ним элементы жидкости. Относи­тельно этих элементов двигаются соседствующие с ними, что «вклю­чает» противодействующие движе­нию и вызывающие трение силы сопротивления.

Большая часть вязкой дефор­мации происходит в пределах пог­раничного слоя — относительно тонкой зоны, непосредственно прилегающей к поверхности тела, которое движется в водной среде. Пограничный слой, который состо­ит из ряда очень тонких слоев, всегда имеет градиент скорости;

22