Волны при обтекании препятствий

Известно, что при движении тела на большой глубине в идеальной жидкости также как и при обтекании препятствий неограниченным потоком идеальной жидкости результирующая сила, действующая со стороны жидкости на тело или на препятствие равна нулю. Причина этого в том, что механическая энергия движущегося тела или потока в тепло не переходит и не распространяется вдаль от места взаимодействия потока и препятствия (тела).

Совсем иной результат имеет место, если

1. Тело движется так близко к свободной поверхности, что на ней возникают волны;

2. Глубина потока со свободной поверхностью такова, что за препятствием образуются волны.

В обоих случаях волны, распространяясь, уносят с собой некоторую часть механической энергии. Поэтому, например, при движении тела под свободной поверхностью (или при движении цилиндра, пересекающего свободную поверхность) необходимо даже в случае идеальной жидкости затрачивать некоторое количество энергии, которая затем перейдет в энергию волн.

Величина энергии в единицу времени, требуемой для движения тела с образованием волн, может быть определена по формуле

,

где – сила сопротивления, действующая на тело, – скорость движения тела.

Сила сопротивления , связанная с образованием волн, имеет в данном случае особый смысл – она существует и в идеальной и в реальной (вязкой) жидкости и называется волновым сопротивлением.

Простейшим примером того, что на образование волн необходима энергия, служит такой: после прохождения судна вдоль берега водоема волны, образованные судном достигают берега и производят работу: по размыву берега, создают весьма ощутимые ударные нагрузки, поднимают со дна песок, выбрасывают плавающие предметы на берег. Вполне понятно, что эта энергия, в конечном счете, получена от двигателя судна.