Поплавочный метод. Поплавочный метод измерения течений основан на определении положения в пространстве и во времени поплавков

Поплавочный метод измерения течений основан на определении положения в пространстве и во времени поплавков, движущихся с поверхностными водами в потоке. Для измерения характеристик течений используются различного типа поплавки, которые могут запускаться как на водную поверхность, так и на требуемую глубину (поплавки нейтральной плавучести). Скорость течений принимается равной скорости движения поплавка, определяемой по времени прохождения им определенного расстояния. Она является осредненной для участка потока по траектории движения поплавка. Это допущение значительно упрощает определение скорости, хотя, как известно, тело, плывущее по течению, движется быстрее окружающих его частиц воды. Это объясняется наличием неуравновешенной проекции веса тела на ось движения. Рассмотрим силы, действующие на тело, плыву-щее в состоянии безразличного равновесия (рис. 8.1). Расположим центр тяжести тела в начале прямоугольной системы: координат, а ось абсцисс направим по течению параллельно поверхности воды. Подъемная сила действует по нормали к водной поверхности, а ее проекция на ось дви

жения равна нулю. Сила тяжести направлена вертикально вниз. Вес тела

Р = yV,

где у — удельный вес; V — объем тела. Проекция веса тела на ось движения

Рх = у Fsina,

где а — угол наклона водной поверхности к горизонту. Сила Рх и вызывает ускорение плывущего тела, которое уменьшается за счет сопротивления воды. Поэтому тело, находящееся в потоке, приобре-тает скорость от нуля до значения, несколько превышающего скорость течения воды, т. е. пока сила сопротивления воды R не уравновесит движущую силу. Кроме того, на поплавок, находящийся на поверхности воды, воздействуют ветер и волнение. Поэтому габариты, плавучесть и: загрузка буев должны быть такими, чтобы их подводная парусность во много раз превосходила парусность надводной части для сведения к минимуму влияния ветра на движение буя.

Общей особенностью поплавочного метода является получение данных в такой системе координат, когда за независимые переменные берутся начальные координаты х0 и прошедшее с начального момента время т0 + Дг. Текущие координаты определяются следующим образом:

х = (х0, т0 + Ат); х0 = (х0, т0).

Скорость течения определяется как производная по времени от координаты

Щх0, т0 + Ат) = j|r(x0, т0 + Ат),

-с0 + At

х - х0 = J U(x0, т0 + Дт)< 2т. т0

Исследование; течений с помощью поплавков осуществляется дву-мя способами: непосредственным наблюдением за перемещением поплавков и массовым разбрасыванием маркированных поплавков, подбираемых впоследствии на побережье или другими судами (бу-тылочная почта).

При первом способе используются поверхностные поплавки, по-плавки нейтральной плавучести, поплавки с подводными парусами, случайно плавающие предметы и т. п. Эти средства обладают свой-ствами (или снабжаются специальными устройствами) активного и пассивного действия, позволяющими определять их местоположение в любой момент времени с помощью судовых навигационных систем сопровождающего судна или системы спутникового слежения за дрейфом буев.

Поплавки нейтральной плавучести обладают нулевой плавучестью в слое воды с определенной плотностью, что позволяет им дрейфовать в этом слое в течение длительного времени. Местоположение их опреде-ляется либо с судна, либо автономными акустическими станциями, либо специальной акустической системой, позволяющей определять координаты поплавков на больших расстояниях. Последние получили название поплавков СОФАР по названию береговой системы станций для дальнего наблюдения за источниками акустических сигналов.