奇怪的死水现象背后:是什么使船神秘地减速甚至停止?

是什么使轮船在行驶过程中神秘地减速甚至停止,即使其引擎正常工作又如何呢?这是在1893年首次观察到的,并在1904年通过实验进行了描述,但并未理解“死水”的所有秘密。来自CNRS和普瓦捷大学的跨学科团队首次解释了这种现象:被死水困住的船只的速度变化是由于波浪的作用,就像起伏的传送带一样,船只在其上来回运动。这项工作最近发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

1893年,挪威探险家弗里特约夫·南森(Fridtjof Nansen)在西伯利亚北部旅行时遇到了一个奇怪的现象:他的船因神秘力量减速,几乎无法操纵,更不用说恢复正常速度了。1904年,瑞典物理学家兼海洋学家Vagn Walfrid Ekman在实验室中证明,形成北冰洋这一区域上部的咸水层和淡水层之间的界面下,在水面下形成的波与船舶相互作用,产生阻力。

这种现象称为死水,出现在所有密度(由于盐度或温度不同)混合的海洋中。它表示科学家观察到的两种拖曳现象。首先,南森造浪阻力导致恒定的异常低速。第二个是埃克曼造浪阻力,其特征是被困船中的速度振荡。其原因尚不清楚。CNRS的Pprime研究所和数学和应用实验室(CNRS /普瓦捷大学)的物理学家,流体力学专家和数学家都试图解决这个谜。他们首先对不同的内部波进行了数学分类,并在亚像素尺度上对实验图像进行了分析。

这项工作表明,这些速度变化是由于产生特定的波浪而产生的,这些特定的波浪起着波浪状的传送带的作用,船舶在该传送带上来回运动。科学家们也调和了南森和埃克曼的观察。他们表明,埃克曼振荡状态只是暂时的:船舶最终逃逸并达到恒定的Nansen速度。

这项工作是一项重要项目的一部分[1],该项目研究为何在Actium战役(公元前31年)期间,埃及艳后的大型船只在面对Octavian较弱的船只时迷失了方向。具有峡湾所有特征的Actium湾可能将埃及女王的船队困在死水中了吗?因此,现在我们有了另一种假设来解释这种巨大的失败,即远古时代的传说是,由于传说的缘故,remoras是指附着在其船体上的“ suckerfish”。

参考:“死水现象学的双重性质:《南森与埃克曼造波阻力》,作者:约翰·富德里诺(Johan Fourdrinoy),朱利安·丹布里(Julien Dambrine),马达莉娜·佩特库(Malalina Petcu),摩根·皮埃尔(Morgan Pierre)和杰曼·鲁塞(Germain Rousseaux),2020年7月8日,美国国家科学院院刊。DOI:
10.1073 / pnas.1922584117

笔记

[1]这项工作的经费来自跨学科的招标活动(2019年上半年的80号招标)(OFHYS项目)和CNRS的跨学科使命。

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