ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 3

Lực cản sóngKhi tàu chuyển động trên mặt thoáng của chất lỏng trọng lực sẽ sinh ra sóng (sóng bản thân), sóng đó sinh ra lực cản sóng. Sóng sinh ra khi tàu chuyển động là do tác dụng của trọng lực và sức căng bề mặt của chất lỏng. Trọng lực đóng vai trò chính trong việc hình thành sóng và tạo nên lực cản sóng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 3 Ch ¬ng 3 Lùc c¶n sãng Khi tµu chuyÓn ®éng trªn mÆt tho¸ng cña chÊt láng träng lùc sÏ sinh ra sãng (sãngb¶n th©n), sãng ®ã sinh ra lùc c¶n sãng. Sãng sinh ra khi tµu chuyÓn ®éng lµ do t¸c dông cña träng lùc vµ søc c¨ng bÒ mÆtcña chÊt láng. Träng lùc ®ãng vai trß chÝnh trong viÖc h×nh thµnh sãng vµ t¹o nªn lùcc¶n sãng. H×nh 3.1. Sù t¹o thµnh sãng b¶n th©n. MÆt tho¸ng kh«ng ng¨n c¶n ® îc h¹t láng di chuyÓn theo h íng th¼ng ®øng, nªntheo ph ¬ng tr×nh Becnuli khi tµu chuyÓn ®éng trong n íc ë vïng mòi vµ ®u«i ¸p lùct¨ng lªn lµm mÆt n íc d©ng lªn, cßn ë phÇn gi÷a tµu ¸p lùc gi¶m xuèng lµm mÆt n íctôt xuèng (Xem H3.1) øng víi ® êng 1. D íi t¸c dông cña träng lùc vµ søc c¨ng bÒmÆt c¸c h¹t láng n»m xung quanh tµu mÊt thÕ c©n b»ng b¾t ®Çu thùc hiÖn c¸c dao®éng. Do t¸c dông cña lùc qu¸n tÝnh c¸c pha cña chóng bÞ tôt l¹i so víi c¸c kÝch thÝchc¬ b¶n, c¸c dao ®éng ®ã t ¬ng øng lµ ® êng 2 vµ ® êng 3 cã nguån lïi, lµm mÆttho¸ng biÕn d¹ng lÆp ®i lÆp l¹i. Do kÕt hîp c¸c lo¹i biÕn d¹ng mÆt tho¸ng, mµ ë phÇnmòi n íc d©ng lªn gäi lµ ®Ønh sãng vµ phÇn gi÷a tµu n íc tôt xuèng gäi lµ ®¸y sãng. Sãng lan truyÒn vÒ phÝa sau ®u«i tµu vµ cã d¹ng h×nh d¶i qu¹t. Trªn h×nh 3.2 m« t¶ d¹ng sãng ë m¹n vµ sau ®u«i tµu H×nh 3.2. Sãng ë m¹n vµ sau ®u«i tµu. VËy khi vËn tèc kh¸c nhau th× kÕt cÊu cña ® êng dßng, tr êng vËn tèc vµ ¸p suÊtsÏ kh¸c nhau. KÕt luËn nµy ® îc kh¼ng ®Þnh qua h×nh vÏ d íi ®©y: 43 H×nh 3.3. Pr«fin sãng vµ sù ph©n bè ¸p suÊt däc th©n tµu. § êng I - ¸p lùc khi thö m« h×nh trong èng khÝ ®éng kh«ng chÞu ¶nh h ëng cñasãng b¶n th©n. Sù thay ®æi tr êng ¸p suÊt do sãng b¶n th©n dÉn ®Õn viÖc xuÊt hiÖn lùc c¶n sãngcòng nh lùc n©ng, m« men däc lµm chiÒu ch×m vµ gãc chói cña tµu thay ®æi khi tµuchuyÓn ®éng. Sãng b¶n th©n bao gåm hai hÖ sãng chÐo vµ ngang. §èi víi tµu bÐo sãng mòi biÕnmÊt. Trªn nh÷ng tµu cã ®o¹n th©n èng dµi nh×n thÊy râ nhãm sãng chÐo vµ ngang ëphÝa mòi vµ ®u«i tµu. C¸c ®Ønh sãng nµy kh«ng n»m ngoµi giíi h¹n cña h×nh qu¹t,® íng sinh cña h×nh qu¹t t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng gãc B, ë trong n íc s©u gãc nµykh«ng phô thuéc tèc ®é, h×nh d¸ng tµu vµ b»ng kho¶ng 28  20o. Trong qu¹t nµy sùkÝch ®éng cña mÆt tho¸ng kh«ng ®¸ng kÓ vµ cµng xa biªn cña nã cµng dËp t¾t nhanh.C¸c ®Ønh cña c¸c sãng chÐo h¬i bÞ uèn cong nh ng trÞ sè cña gãc gi÷a ®o¹n ®Ønh sãngn»m gÇn biªn ngoµi cïng cña h×nh qu¹t vµ mÆt ph¼ng ®èi xøng lµ 2B. C¸c sãng ngang ®Òu n»m bªn trong qu¹t, c¸c ®Ønh cña chóng cã d¹ng h×nh cungnghiªng víi mÆt ph¼ng ®èi xøng gãc 90o. Toµn bé h×nh ¶nh cña sãng ngang sau ®u«itµu ® îc t¹o thµnh bëi sù giao thoa vµ t¸c dông t ¬ng hç cña c¸c sãng ngang nhãmmòi vµ nhãm ®u«i. ChiÒu dµi c¸c sãng ngang t¨ng dÇn vÒ phÝa ®u«i. NÕu gi¶ thiÕt r»ng nguån dù tr÷ n¨ng l îng cña chóng lµ thay ®æi vµ n¨ng l îngsãng tØ lÖ víi b×nh ph ¬ng cña biªn ®é th× cã thÓ kÕt luËn r»ng: ChiÒu cao c¸c sãng ®ãgi¶m tØ lÖ nghÞch víi c¨n bËc hai cña kho¶ng c¸ch tÝnh tõ mòi (Xem H3.2). Khi tµuchuyÓn ®éng th× hÖ thèng sãng vÉn cè ®Þnh ®èi víi ng êi quan s¸t ®øng trªn tµu, nghÜalµ nã di chuyÓn cïng víi vËn tèc v. Tõ lý thuyÕt sãng ta thÈy vËn tèc truyÒn sãng C víi biªn ®é rÊt bÐ trªn n íc s©u cãliªn quan víi chiÒu dµi sãng  theo hÖ thøc:  = 2C2/g (3.1.1) Khi lÊy C = v ta tÝnh ® îc sè l îng sãng chång xÕp lªn nhau däc theo ® êng n íccña tµu: L/ = gL/(2v2) = 1/(2Fr2) (3.1.2) KÕt qu¶ ®óng víi sãng b¶n th©n cña m« h×nh tµu cã Fr < 0,5. D¹ng cña gå sãng phÝa sau ®u«i tµu lµ kÕt qu¶ giao thoa nhãm sãng mòi vµ ®u«i. 44 Qu¸ tr×nh t ¬ng t¸c gi÷a hai nhãm sãng cã thÓ xÐt ® îc nÕu thay thÕ mét c¸ch cãhÖ thèng t¸c dông cña ®iÓm mòi vµ ®iÓm ®u«i tµu b»ng ®iÓm ¸p suÊt d ¬ng (+) vµ ©m(-) di chuyÓn, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÓm nµy cã thÓ lÊy b»ng boL, trong ®ã bo < 1. H×nh 3.4. S¬ ®å sãng b¶n th©n khi chÞu ¸p suÊt di ®éng. Sãng b¶n th©n sinh ra bëi c¸c ®iÓm ¸p suÊt di ®éng víi vËn tèc v trªn mÆt n íc, nãn»m gän trong qu¹t, cã ®Ønh lµ t©m ¸p suÊt vµ c¸c ® êng sinh t¹o víi nhau gãc 2B =38o56. C¸c s ên sãng ngang ®Çu tiªn n»m c¸ch sau t©m ¸p suÊt (+) vµ (-) mét kho¶ngxt = 5/6 vµ x = 9/8. Ta xÐt qu¸ tr×nh kÕt hîp c¸c dao ®éng sinh bëi c¸c ¸p suÊt (+) vµ (-). Tæng biªn ®écña c¸c sãng ngang lµ: a  a 2  a 2  2a H a K cos  o (3.1.3) H K Trong ®ã: aH - biªn ®é hÖ sãng ngang ë mòi cã xÐt ®Õn l îng gi¶m nã khi chuyÓn vÒ phÝa®u«i. aK - biªn ®é cña hÖ sãng ngang ë ®u«i. o - gãc lÖch pha cña c¸c sãng thuéc hai hÖ. Gãc o cã thÓ tÝnh dùa vµo h×nh 3.4 o = 2(boL + 0,5)/ V× cos[2( boL + 0,5)/] = -cos(2boL/) nªn dùa vµo c«ng thøc (3.1.2) ta cã thÓviÕt:   a  a 2  a 2  2a H a K cos b o / Fr 2 (3.1.3) H K - NÕu pha cña c¸c sãng ngang hÖ mòi vµ ®u«i trïng nhau vµ cos(bo/Fr2) = -1, nghÜalµ Fr2 = bo/n, trong ®ã n = 1,3,5,... th× sau ®u«i tµu xuÊt hiÖn c¸c sãng ngang giao thoavíi biªn ®é a = aH + aK. C¸c sè Fr vµ vËn tèc t ¬ng øng víi chóng trong tr êng hîpnµy lµ bÊt lîi. - Cßn khi cos(bo/Fr2) =1 sÏ x¶y ra hiÖn t îng ®¸y vµ ®Ønh cña hai nhãm sãng kÕthîp víi nhau, lóc ®ã a = aH - aK vµ ®Ønh sãng ngang giao thoa sau ®u«i tµu sÏ bÞ sanb»ng ®¸ng kÓ, c¸c sè Fr t¹o nªn hiÖn t îng nµy gäi lµ c¸c sè Fr cã lîi. HÖ sè bo phô thuéc vËn tèc v ...