Лорд Келвин все еще делает волны. В 1880-х великий британский физик — тогда простой человек по имени Уильям Томсон — утверждал, что след лодки разветвляется под тем же углом независимо от того, как быстро лодка идет. Но ученые и инженеры давно знали об этом, лодки иногда, кажется, имеют более узкие следы. Теперь два французских физика говорят, что объяснили то сужение.
Их идея может не приплыть гладко в учебники, однако, поскольку эксперты в морской разработке скептичны.Энергичный моряк, Келвин проанализировал следы лодки и пришел к довольно любопытному заключению: Независимо от того скорость лодки, это должно произвести след с «углом следа» 19,47 °. (См. число.), Что странное постоянство возникает по двум причинам. Во-первых, скорость или «скорость фазы», водных волн меняются в зависимости от их длины волны с более длинными длинами волны, путешествующими быстрее, чем более короткие.
Когда лодка перемещается, она создает волны всех скоростей медленнее, чем сама лодка. И более длинные волны, обычно распространяемые позади него быстрее, чем более короткие.Для создания стабильного следа, однако, волны также должны наложиться и «вмешаться» правильным способом. Для волн, перемещающихся почти с такой скоростью, как лодка, то вмешательство происходит только прямо позади лодки.
Таким образом, самые быстрые волны также производят узкий след. Соединяя эти два фактора, Келвин выяснил это, ширина следа определяется волнами, путешествующими при фиксированной части скорости лодки: 81,6%. Из-за той пропорциональности угол следа всегда является тем же, как быстрее, лодка идет быстрее распространения следа.По крайней мере, это – то, как это работает в теории.
На практике ученые и инженеры давно знали об этом, лодки и суда иногда, кажется, производят более узкие следы с меньшими углами. Исследователи попытались объяснить, что, сужаясь в результате конечной глубины воды, волны уже представляют на поверхности или сложных, «нелинейных» взаимодействиях волн.Теперь, Марк Рабо и Фредерик Моизи из университета Парижа-Sud в Орсе, Франция, говорят, что они нашли более простое объяснение. Если лодка идет быстрее, чем определенная скорость, определенная ее длиной корпуса, они спорят, она не может создать волны с длинами волны дольше, чем корпус.
Та длина волны «сокращение» тогда ограничивает скорость волн и таким образом как быстро след может распространиться. Таким образом, поскольку лодка набирает еще больше скорости, ее протяжения следа и теснину.
Физики проверили свою идею со спутниковыми снимками лодок и судов от веб-сайта Google Earth, измерив угол следа и длину лодки из картин и выведя скорость лодки из деталей следа. Конечно же, угол следа остался постоянным до определенной скорости — фактически определенное «число Фруда», которое является комбинацией скорости и длины лодки — и затем падает, как предсказано, исследователи сообщают в газете в прессе в Physical Review Letters. Моделирования показывают тот же результат.
«Что кажется самым убедительным, соглашение, которое они имеют с наблюдениями», говорит Лоретта Такермен, жидкость dynamicist с французским Национальным Центром Научного исследования в Лаборатории для Физики и Механики Разнородных Материалов в Париже. «Это соответствует данным так хорошо».Не все покупают его.
Rabaud и Moisy никогда не объясняют, почему лодка не может взволновать волны дольше, что сама, говорят Юймин Лю, hydrodynamicist с в Массачусетском технологическом институте в Кембридже, говорящем, что он изучал следы судна в течение 20 лет. «Их аргумент очень прост, но Вы не можете сделать то предположение», говорит Лю. В принципе он спорит, стандартная теория может использоваться для вычисления каждой детали следа. Таким образом, Rabaud и Moisy должны были использовать такие вычисления для проверки их предположения, прежде чем они издали, говорит он.Rabaud и Moisy могут не измерять прямой угол, говорят Роберт Бек, hydrodynamicist в Отделе Военно-морской Архитектуры и Морской Разработки в Мичиганском университете, Анн-Арбор.
Они измеряют угол между самыми интенсивными волнами по обе стороны от лодки. Но в математических терминах, Бек отмечает, угол следа определяется как определенная складка в образце волны — и та складка могла быть более слабой для более быстрых лодок. «Если Вы хотите определить угол следа как, что является самым видимым, тогда это хорошо, они делают его правильно», говорит Бек.
Однако, даже если Rabaud и Moisy являются все влажными, Бек и Лю не объясняют, почему теория физиков соответствует данным так хорошо — кроме утверждать, что это не делает действительно.