Кильватерный след и безопасность при купании в открытых водоемах

Лето – одно из самых любимых времен года для большинства людей. Теплая погода, большое количество солнечных дней, яркая природа и, конечно же, возможность получения загара и купания в открытых водоемах придают этому времени года наибольшую привлекательность. Однако не следует забывать и об опасности, которая может подстерегать каждого во время плавания. Кроме любителей водных процедур по реке, озеру или морю могут двигаться лодки, катера, водные мотоциклы и другие более крупные плавучие сооружения. Даже если Вы хорошо плаваете, опасно близко подплывать к плавсредствам, особенно к двигающимся с большой скоростью. Давайте попробуем разобраться в причине этой опасности.

Обычный катер развивает скорость около 20 км/ч. При этом, двигаясь по воде, он увлекает за собой воду и создает так называемый кильватерный след – возмущенную полосу воды, остающуюся за кормой катера. В кильватерной струе движение воды имеет ярко выраженный турбулентный характер: скорость потоков воды резко возрастает от  (спокойная вода) до максимальной скорости , сравнимой со скоростью движения катера. Это возрастание скорости происходит в достаточно узком ламинарном слое, в котором нет перемешивания и пульсаций.

Будем считать воду в водоеме идеальной несжимаемой жидкостью (без внутреннего трения) и применим для описания ее движения в ламинарном слое закон Бернулли:

где   ‑ плотность воды, ‑ скорость потока,  ‑ высота, на которой находится элемент жидкости,  ‑ давление в том месте, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,  ‑ ускорение свободного падения. Учитывая, что поверхность воды горизонтальна, получаем формулу для разности давлений на границах ламинарного слоя:

.

Тогда подросток 12-13 лет массой 50 кг будет испытывать ускорение примерно в 10 раз большее, чем ускорение свободного падения, направленное в сторону катера, и давление воды может затянуть в турбулентное ядро. Справиться с таким ускорением практически невозможно, поэтому подплывать близко к быстро движущимся плавучим сооружениям очень опасно, и, плавая в открытых водоемах, необходимо об этом знать!

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

Пловец находится в реке, в которой скорость течения воды справа от пловца 1 м/с, а слева – 1,2 м/с. Определите, куда будет направлена сила, действующая на пловца со стороны текущей воды, если масса пловца 70 кг, а эффективная площадь, на которую действует давление воды, равна 0,5 м². Сила Архимеда уравновешена силой тяжести.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы