Surfer freuen – Physiker fanden die perfekte Welle

Erfahrene Surfer sind große intuitive Physiker, in der Lage, vor Ort die besten Wellen und die verschiedenen Kräfte im Spiel zu manipulieren, weil sie jahrelang haben aktiv an der Entwicklung dieser Fähigkeiten. Französische Wissenschaftler an der Ecole Polytechnique in Paris sind Quantifizierung gute Surfer intuitiv wissen, was durch den Bau von eigenen Mini-Surfen-Labor.

Ihre Arbeit könnte bessere Surfbrett Designs sowie ein Mittel zur Schneiderei Wellen für Anlieferung in Städten ohne Anschlüsse. Studentin im Aufbaustudium Eline Dehandschoewercker beschrieb die Forschungsarbeit gestern bei einem Treffen der American Physical Society Division für Fluiddynamik in Boston.

Wir haben bereits einen guten Überblick über die Grundlagen der Physik Surfen beteiligt. Sie paddeln Sie vom Ufer aus, schalten Sie Ihr Board um und bob um ein bisschen während des Wartens auf eine anständige Welle. Es gibt keine Beschleunigung an diesem Punkt und keine Nettokraft — nur Schwerkraft und Auftrieb. Wenn eine vielversprechende Welle kommt, ist der Trick, wie verrückt paddeln um die Geschwindigkeit der ankommenden Welle übereinstimmen; nicht tun, und die Welle wird nur vorbei rechts. Genau das richtige zu bekommen, und du wirst "fangen" die Welle für eine aufregende Fahrt ans Ufer.

Fangen die Welle ist nur der erste Schritt, da eine bewegende Welle die Definition von einer schiefen Ebene ist, und um es zu fahren, muss ein guter Surfer verlagert ihr Gewicht hin und her, in der Nähe von dem Surfbrett Mitte der Masse zu bleiben. Du bist auch noch mit Reibung, oder ziehen Sie am unteren Rand das Surfbrett und hydrodynamischen Kräfte (von sich bewegenden Flüssigkeit): Wasser bewegt sich auf der Vorderseite der Welle, kollidiert mit dem Board und wird umgelenkt, um ihn herum, einen verräterischen Spray in seinem Gefolge zu verlassen, wenn die Surfer schnell genug bewegt.

Diese konkurrierenden Kräfte einfach so auszugleichen, und hast du eine erfolgreiche Fahrt. Ansonsten wird das Surfbrett Drehmoment oder verdrehen. Wenn die Nase zu niedrig ist, werden Sie nach vorne in die Brandung, Tonhöhe möglicherweise immer einen Schluck von Salzwasser in den Handel; zu hoch, und Sie verlieren an Dynamik und einfach nicht aufhören.

Gute Surfer nutzen die gleichen physikalischen Grundlagen Prinzipien wie Achterbahnen, Ausnutzung Schwerkraft durch Fallenlassen hinunter das Gesicht der Welle zu kinetischer Energie Handel aus Lageenergie, da sie Höhe verlieren. Der Nachteil macht es möglich, die aufgelaufenen Bewegungsenergie um zu fahren zurück bis zu den Wellenberg, und der Zyklus wiederholt sich überall wieder.

Aber der Schlüssel ist nur die richtige Welle zu wählen. Begeisterte Surfer sind hoch qualifiziert auf den Ozean Anglotzen und vielversprechende Wellen surfen Zwecken (nach Größe, durch wahrscheinlich zu brechen, wenn sie sind) zu identifizieren, als auch abschätzen, wie schnell die Wellen durch die Zeit reisen werden sie erreichen den Surfer. Es ist alles ziemlich intuitiv, gebaut aus jahrelanger Erfahrung.

Intuition ist nicht ausreichend, in der Wissenschaft. Der französische Forscher wollten die idealen Voraussetzungen für eine perfekte Welle genauer quantifizieren, so sie eine Mini-Version von einer Maui Beach in ihrem Paris-Labor Bauten. (Fragte, ob sie persönlich im Rahmen einer Pressekonferenz surft, witzelte Dehandschoewercker: "Jeden Tag im Labor.")

Dehandschoewercker baute ihre eigene Version einer Welle erzeugenden Maschine, 15-Zoll-Wellen in einem großen Behälter zu schaffen. Sie konzentrierte sich auf zwei Arten von Wellen: geschütztes Wellen sind glatt und gleichmäßig und Vermehrung ohne zuviel Energie Verschiebung; brechenden Wellen haben steile Hänge und viel Energie Verschiebung. Es ist die letztere, die ideal für Surfer, denn sie von dieser Energie Verschiebung profitieren. Um ein Surfbrett zu imitieren, verwendet sie kleine Stücke von Balsaholz, Befestigung von Sensoren an der Unterseite, die Kraft entsteht durch die Wellen zu messen. Danach studierte sie das Verhalten der Holzblöcke, unterschiedliche Dinge wie Länge, Breite und Verteilung die Masse auf den Brettern.

Nach Dehandschoewercker, traditionellen Surfen Intuition ist am Ziel: die perfekte Welle ist steil geneigten — je steiler der Hang, desto leichter ist es, die Welle zu erwischen. Aber der Vorstand hat, nur die richtige Tiefe eintauchen in das Wasser zu schlagen, auch sonst wird nicht es zusammen mit dem bewegten Wasser beschleunigen.

Sie räumt ein, dass ihre kleine rechteckige Stücke von Balsaholz nur eine grobe Annäherung an ein Surfbrett sind; die nächste Stufe werden die präzisen Formen von verschiedenen Boards zu bestimmen, die optimale Gestaltung zu studieren, obwohl dies teilweise abhängig von der Surfer. Zum Beispiel gibt es in der Regel ein Kompromiss in Bezug auf Boardlänge: Sie erhalten mehr Stabilität mit einem längeren Board, so dass eine gute Wahl für Neulinge. Ein kürzeres Board gibt Ihnen bessere Manövrierbarkeit, aber es ist schwieriger, diese erste Welle zu fangen, so die am besten für erfahrenere Surfer sind. Mit einer besseren, sollten quantifizierbare Definition dessen, was für die perfekte Surfboard Board-Designs zu einzelnen Surfer zuzuschneiden erleichtert.

Ihre Arbeit sollte auch als nützlich erweisen, an Wissenschaftler, die die Bewegung Verhalten der vielen Lebewesen zu studieren, die regelmäßig eine auf einem vorbeifahrenden Welle Mitfahrgelegenheit – alles von Delfinen auf Plankton. Aber die faszinierendste mögliche Anwendung könnte Gestaltung besondere Welle engineering Maschinen in der Lage Wellen des Ozeans mit genau den richtigen Amplituden und Wellenlängen, Fracht ans Ufer an Bord sehr große Surfbretter zu vermitteln. Solche Maschinen könnten Schiffe verwendet werden, bei der Ladung zu Bereichen, die bequeme Anschlüsse nicht angebracht werden.

Referenz:

Dehandschoewercker, E., Quere, D., und Clanet, C. (2015) "Surfbrett Dynamics," Präsentation R31.10, 68. Jahrestagung des APS Abteilung für Fluiddynamik, 24. November 2015.

Bild oben: Lilo und Stitch (2002/Disney). Mittleren und unteren Bilder: Dehandschoewercker Et Al.