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水的阻力 物体在地面运动时,需不断施加动力,否则物体就会停下来,这是因为物体和地面间存在着摩擦阻力。 同样的道理,潜水员在水中运动时,也会受到水的阻力。 在水中运动的物体,所受到的与运动方向相反,阳码物体运动的力,叫做水的阻力。水的阻力消耗漕 水员的体力。凭经验我们知道,游泳时慢慢游不会很费劲,但快速游时会很累。这说明水的阻力与相对运 动速度有关,速度快时,阻力大,反之则小,当然速度和阳力间不是简单的线性正比关系。 为什么在水中运动的物体会受到阻力? 这因为水的内部存在粘滿性。潜水员入水后,潜水服被水没湿, 港水员运动时,这部分水就和潜水员一起运动。此时,周国的水必然与这部分水相分商。由于水本身所具 有的粘湍性,潜水员运动时就要克服这种粘着力,才能使附者在潜水服上的水与周国的水相分高。潛水员 要游动就必领付出一个力来克服水的粘着力,即水的粘着阻力。 水中物体所受的阻力可用2-5 式计算: R=p vZCA (2-5) 式中:R一水的阻力 V一水流速度 C一水的摩擦系数 A一运动物体迎水面积 p一水的密度 从上式可以看出:水中运动的物体,所受到水的阻力,与水的摩擦系数(粘滞度)有关;与迎水面积 有关,迎水面积大,阻力也越大;与运动速度有关,速度越大,阻力亦随之增大。 除此之外,阻力还与物 体的形状有关。 实验证明,当相对运动速度增大到一定值时,水的阻力会急剧增大,这时又增加了一个阻力因素,即 湍流阻力。 19世纪末,英国物理学家雷诺证明液体的运动存在层流和湍流(又叫紊流〕两种流态。所谓层流指液 体质点作有秩序的线性运动,彼此互不掺混的流动状态;而充满旋涡、质点相互混掺的流动状态则称为湍 流。流速是决定流态的主要因素之一。 潜水员在静止(或流速很小)的水中慢速运动,水的流态属于层流。 而潜水员在静止水中快速游动或在急流中运动时,水的流态属于湍流,这时水的阻力随相对运动速度增加 而呈几何级增加。 综上所述,水的阻力包括粘滞阻力和湍流阻力。在相对运动速度较小时,阻力的大小主要是粘滞阻力, 在相对运动速度较大时,阻力的大小主要是湍流阻力。为了减少阻力,可以设法减小迎水面积及降低运动 速度。 二、水的阻力与潜水员的关系 我们知道,水下环境从动态意义上可分为静水环境和流水环境两种。因此潜水员在水中所受阻力也可 以分为两种情况来研究,即运动阻力和水流阻力。 1运动阻力 潜水员在静水环境中,与水做相对运动所受到的水的阳力称做运动阻力。根据 2-5 式可知,这个阻力 的大小与迎水面积的大小成正比,并随运动速度增大而增大,这时潜水员与水作相对运动时水的流态,可 视为层流,阻力较小,主要为牯滞阻力,只要运动速度不过快,一般不会产生湍流阻力。潜水员可适当减 慢运动速度,或尽量减小迎水面积,比如侧身运动等都可有效减少运动阻力。 2. 水流阻力 潜水员在流水环境,水流与潜水员相对运动所受到的阻力称做水流阻力。 如果水流速度很慢,水的流 态仍可看做层流,潜水员所受到的阻力与静水时相差不大,主要还是牯滞阻力但是水流较急时,水的流态 为湍流,水的阻力除粘滞阻力外,还会产生湍流阻力,而且湍流阻力比粘滞阻力大得多,对潜水员造成很 大的体力消耗,甚至无法进行水下作业。因此在急流的江河和潮流较大的海区作业,潜水员将受到比静水 环境大得多的水流阻力。在这种环境作业,应采取各种手段才能保证水下作业。例如,根据湖汐运动 规律,在平潮期间作业:在急流中使用挡流板等。
水下光学基础 水和空气对光的传播来说,是不同的媒质,所以人在水下的视觉不同,一般产生视力减弱、 视野缩小 和色觉改变等。此外,由于水的混油、透明度差,能见度也会呈不同程度的降低。所有这些都会造成潜水 员的水下视觉困难。 但不论是在空气中,还是在水中或是其它媒质中,光的传播规律都是相同的。一、光的直线传誉 光是从物体发出来的,能经发出光的物体叫光源。例文太阳和气行等都是光源。如果光源本身的尺可 比到光源到观察点的距路小得很多时,这样的光源叫城台光源。能梦传播光为动质叫無光約建质。刨起: 空气、水和玻璃等都是光的蝶质。 在点光源的照射下,在不透明的物终背后会出现清济的彩子。 影子为老状与光源为中心食出的直线所 构成的几何投影形狀一致,在黑夜。我们可以观察到手电简发出的光,其路线是直的。这兰现余表明光在 空气中沿直线传播。 实验证明:光在任何一种均匀業质里都沿直线传福。这就是光的直线传播定锋。 应注意的是,光线只在均匀的媒质中沿直线传语。在丰均匀媒质中光线装医折封而考三, 单位时间内光传播的更高叫光遠。光遠与煤质的密度有关。媒质玄度起小,光遠这大。光在真空中的 速度为3×10"km /s。光在真空中的遠度 ,在空气中的速皮比在真空中路小,可运飲为 3x0m/s.光 在水中的速度大约是空气中的四分之三。在交旁中比水中还小很多。 光在真空中的传播遠度是一切物质运动遠度的聂大校限。 二、光的反射和折射定律 (一)光的反粉定律 光在均匀媒质中是直线传播的。兰光从一科媒质信指到另一業质时,在两科蝶质的分界面上,一部分 光返回原来的媒质,这种现象叫光的反射。 如图2.5所示,工是空气,I是平面镇,A0是入射光线。0日 是反时光线。我们把通过光的入射点。 垂直于镜面的直线 ON 叫法线。入射光线 A0 与法线 ON 的交角上AON 叫獄入射角,反射光线 08 与法錢 ON 的夹角??BON 叫微反射角。 实验证明:反射光线与入射光线和法线在同-平面上,反射光线和入射光錢分居在法钱两侧,反射角 等于入射角。这就是反射定律 如奥让光逆者原来的方向投射到界面上,那它就要逆者原来人射光的方向反射出去。可见,在光的反 射现象中,光路是可逆的。 光的反射 光线在任何两种媒质的界面上都会发生反射,但不同的界面对光的反射是不同的。平滑的界面,如镜 面、平静的水面等,能使平行的入射光线沿着同一方向反射出去,即反射光线也是平行的,这种反射叫做 镜面反射。如果界面租糙不平,即使入射光线是平行的,反射后的光线也不平行,而是射向各个方向,这 种反射叫做漫反射。必须注意,发生漫反射时,每一条光线还是遊守反射定律的。 (二)光的折射定律 光线从一种媒质进入到另一种媒质时,它的传播方向会改变,这种现象叫做光的折射。让一束光从空气中斜者射向水面,我们会看到, 除了一部分光反射回空气,改变了传播方向以外, 还有一部分光进入水中,也改变了传播方向。如图 反射伯 2-6 所示。 为光的入射点,NN’为法线,AO 为入 入射伯 射光,OB 为折射光,0C 为反射光,
声在水中传播的特点 声音的传播速度与媒质的密度有关,密度越大,传播的速度越大。由手真空里没有物质故声音不能在 真空中传播。声音在水中的传播速度很快,达1425m/s,约为空么(中的4倍。 声音能在水中传攝时衮诚比 空气中少,故声音在水中可传播很远的距高。 声波在水中传指到水庇、水面或過共它陈码物时,将改变传播方向。 一部分将信高原方向,但仍在水 中传播,称为反射波:另一部份雞通过界面进入水底、水面或陈码物中去,其方向也发生改交,称为折射 波。利用声波的反射可以测定目标物的距高,设发射声波的时向为4,而此声波经反射回到原发射点的时 间为七,那么从发射点到目标物 (反射点)的距离$为: 5=7(3-4)V (2-15) 式中,V为声波速度。 由手声音在水中传播的速度很快,从声源传出的声音到达两耳的时向差极小,浩水员无法准确辨别, 故在水下大大议弱,甚致光失了判定声源方向的能力。 潜水员在水下如果不借助是无法与水下同华或水面人员对话的。这是因为人的市带结构只适应手 空4环境工作, 由于声音在水中的传导性比空气中好,故在相同的距高内,强度相同的声音在水中的传播比在空气中 更为迅速,且听起来更加清楚。菜些作业《如水下 ,产生的噪音在水面对人不会产生份書,但在水下 有可能对落水员造成业重的伤售。
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