Встаньте в каноэ, и вы, вероятно, вскоре окажетесь в воде. Подпрыгивайте вверх и вниз по верхним краям бортов каноэ, и вы, скорее всего, тоже упадете. Но правильно балансируйте, и вы сможете продвигаться вперед со скоростью до одного метра в секунду, согласно исследованию, опубликованному в Physical Review Fluides, посвященному подпрыгиванию планшира.
При подпрыгивании на планшире (произносится как “планкель”) байдарочник стоит по бокам каноэ – планшира – у задней части судна и подпрыгивает вверх и вниз, двигая его вперед, преодолевая создаваемые волны.
После начального периода нестабильности, прежде чем найти свой ритм, каноэ достигает крейсерской скорости, которая удовлетворяет балансу между тягой, возникающей при толчке вниз к поверхности волн, и сопротивлением, вызванным лобовым сопротивлением. Эта техника также работает на стоячих досках для весел.
“Люди уже давно наслаждаются подпрыгиванием на планшире как забавным занятием на воде, но никто никогда толком не объяснял, как это работает. Опираясь на давние теории линейных волн и колебаний, мы выяснили, как можно поддерживать такой баланс”, – делится Стивен Моррис, почетный профессор кафедры физики факультета искусств и наук и соавтор исследования, описывающего это явление.
В поисках идеальной комбинации движений вперед, назад, вверх и вниз Моррис и его коллеги из Кембриджского, Оксфордского и Парижского университетов создали теоретическую модель для описания создаваемого волнового поля. Затем они сравнили это с данными, полученными от увлеченного планширного поплавка, пересекающего водоем на каноэ, используя волны, создаваемые, когда два его конца наклоняются вверх и вниз.
В симметричной системе, где тело каноиста качается вперед и назад в равной степени – подумайте о ритмичном движении тела гребца на олимпийских соревнованиях, — создаваемые волны заставляют судно колебаться назад и вперед без чистого движения. Но в асимметричной системе, такой, которая создается, когда человек создает вертикальное смещение, например, прыгая вверх и вниз не в фазе с наклоном одного конца судна, транспортное средство получает чистую тягу.
Специалисты рассчитали оптимальные значения четырех движений, необходимых для достижения максимальной скорости, и, используя свою модель, определили, что этот метод может продвигать типичное каноэ с постоянной скоростью примерно до одного метра в секунду, что сопоставимо со скоростями, наблюдаемыми при подпрыгивании на планшире с настоящими каноэ.
“Понимание подпрыгивания на планшире может быть полезно в соревновательных водных видах спорта, таких как гребля. Поскольку гребцы периодически создают нисходящие силы, как это делают прыжки на планшире, возможно, удастся оптимизировать гребки, чтобы лодка взаимодействовала с создаваемыми ею волнами таким образом, чтобы это помогало ей двигаться вперед”, – рассказывают исследователи.
