物理学家解释为何船只陷入死水现象

作者: Stephen Luntz

来源: IFLScience

发布日期: 2022

物理学家们经过127年的研究,终于解释了死水现象的原因,这种现象可能改变了历史的进程。

1893年,挪威探险家弗里乔夫·南森描述了一个在当时看来一定是非常可怕的现象。他的船只在西伯利亚的诺登舍尔德群岛附近被困,几乎无法移动,尽管其引擎正常工作,但他并没有遇到任何已知的阻力。经过127年,物理学家们认为他们终于找到了这个现象的答案。这种现象也可能改变了历史的进程。

南森无疑不是第一个以他描述的方式被困的人,但他确实提供了一个详细的描述,这个描述被记录并被相信。这种现象,即一艘船在没有明显原因的情况下无法前进,现在被称为死水现象,自那以后已经多次被经历。

从一开始,南森就认识到这种困陷发生在淡水层位于更咸的水层之上时,这在峡湾中很常见,特别是当冰川的冷融水流入海洋时。然而,他不明白为什么水层会比充分混合的流体产生更多的阻力。

1904年,瑞典物理学家瓦格纳·瓦尔弗里德·埃克曼在实验室中重现了这种现象,表明在咸水和淡水相遇的地方可能会发生次表层波。如果这些波浪抵消了船只螺旋桨提供的力,它们可以使船只几乎完全停止。

在国家科学院的论文中,普瓦捷大学的一个团队认为实际上有两种现象可能导致死水:运动学阻力(Nansen-wave making drag)和动态阻力(Ekman wave-making drag)。

作者使用绳索拖动一个分层运河中的模型船,并用高分辨率摄像机拍摄其产生的尾流。他们报告说,Ekman波制造阻力在封闭空间中被放大,导致过去的研究人员(他们也使用了狭窄的运河)专注于这一点。然而,在更开阔的水域中,Nansen波制造阻力很快成为主导。尽管承认需要更多的工作来完全理解Nansen阻力的性质,但该论文声称“我们已经解决了关于死水效应真实性质的一个多世纪的谜团。”

自发现以来,科学家和海员们观察到死水可以在任何两层密度不同的水不混合的地方发生。一个合适的地方是希腊的阿克提姆湾,马克·安东尼和克利奥帕特拉的联合部队在那里与屋大维争夺罗马世界的控制权。莎士比亚,从来不是最可靠的历史学家,将结果归因于克利奥帕特拉的勇气丧失,但研究人员认为,她的船只可能被困在死水中,使她无法援助安东尼。

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原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/2020英语网页/After More Than A Century Physicists Explain Why Ships Get Stuck In Dead-Water IFLScience.txt

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