Поведение кормушки в воде при ее выматывании

Игорь Плиев (Aka Арчилыч)

Поведение кормушки в воде при ее выматывании

В теме «Вертлюжок на фидерных оснастках» завязался серьезный разговор о кормушках - какая лучше всплывает, как влияют подвижное и неподвижное водило на всплытие, как влияет на всплытие плоское водило увеличенной площади и т.д.

Захотелось самому разобраться в этом вопросе, причем без сложных формул гидродинамики, на уровне уравнений о равновесии сил и моментов, если получится. Хотя рассмотрение движения кормушки в воде при ее выматывании представляет собой весьма непростую теоретическую задачу из - за большого количества факторов, влияющих на этот процесс. Тут, главное, составить правильную схему действующих сил (рисунок 1). Начнем анализ с рассмотрения пластиковых кормушек.

Рисунок 1. Силы, действующие на кормушку в воде при ее выматывании

Обозначения действующих сил:

Тв - сила, действующая на кормушку со стороны фидера (лески) при выматывании; зависит от скорости выматывания, положения кормушки в воде, массы кормушки,  ее конструкции;

Gк - сила тяжести кормушки, приложенная к ее центру масс (т. О); на кормушку в воде действует также выталкивающая сила, направленная в противоположную сторону от силы тяжести, но ввиду ее малости при пустой кормушке мы ей пренебрежем для простоты рассуждений.

Обе силы выделены красным цветом.

Все силы, действующие на кормушку со стороны воды, можно разложить на две составляющие (выделены синим цветом) - полная гидродинамическая сила  Fкп, действующая на нижнюю поверхность кормушки в точке ее центра масс (т. О) и направленная перпендикулярно продольной оси кормушки,  и сила сопротивления воды Fкс, действующая параллельно  оси кормушки.

При небольших скоростях, когда за телом, двигающимся в воде, нет вихревых потоков (ламинарное течение, идеальное обтекание) сила сопротивления Fкс обуславливается только вязкостью жидкости. Сила сопротивления Fкс складывается из силы, связанной с трением воды о продольные элементы кормушки, и силой, связанной с давлением воды на поперечные элементы кормушки, имеющие площадь. Трение воды о продольные элементы кормушки можно привести к силе сопротивления, приложенной по оси кормушки. Сила, связанная с давлением воды на поперечные элементы, действует, прежде всего, на груз (в значительно меньшей степени на пластмассовый срез с торца кормушки), поэтому итоговая равнодействующая сила  Fкс сместится ближе к грузу и будет действовать на расстоянии hс от нижней поверхности кормушки.

 Таким образом:

Fкп - полная гидродинамическая сила, действующая на кормушку со стороны воды при ее выматывании; приложена к центру масс кормушки  и направлена перпендикулярно ее продольной оси; зависит от скорости выматывания, площади нижней поверхности кормушки, положения кормушки в воде.

Fкс - сила сопротивления воды, действующая параллельно продольной оси кормушки; зависит от скорости выматывания, конструкции оболочки кормушки, размеров и формы груза.

Обозначения геометрических параметров:

Lк - длина кормушки;

dк - диаметр кормушки;

Lв - длина неподвижного водила;

hс - расстояние до линии действия силы сопротивления воды;

α - угол действия усилия со стороны фидера;

β - угол расположения кормушки в воде.

Для начала рассмотрим уравнение моментов относительно т. С (см. рисунок 1):

Fкп (Lк/2 +Lв) - Gк (Lк/2 +Lв)cos β - Fкс hс = 0                                    1)

Решив уравнение относительно Fкп, получим:

Fкп = Gк cos β + Fкс hс/(Lк/2 +Lв)                                                          (2)                       

Таким образом, увеличение Gк и уменьшение угла β (cos β при этом растет) должно привести к увеличению полной гидродинамической  силы, иначе равенство в уравнении соблюдаться не будет.

Наличие  Lв (находится в знаменателе) приведет к уменьшению Fкп, причем, чем больше Lв при той же длине кормушки Lк, тем меньше Fкп. При подвижном водиле, когда Lв = 0, полная гидродинамическая сила Fкп при той же длине кормушки Lк будет больше.

Увеличение длины кормушки Lк при том же Lв также приведет к уменьшению полной гидродинамической  силы Fкп. А при Lв = 0,  по сути дела, увеличение длины кормушки аналогично использованию кормушки с неподвижным водилом.

Увеличение скорости выматывания приведет к увеличению Fкс и, значит, к росту полной гидродинамической  силы Fкп.

В нашем случае, hс˂dк/2 всегда. При уменьшении диаметра кормушки уменьшается как  hс, так и Fкс -  значит, уменьшается и Fкп.

То есть, для увеличения полной гидродинамической  силы Fкп надо использовать подвижное водило, и уменьшать, до определенных пределов, длину кормушки. Увеличение скорости выматывания и увеличение диаметра кормушки при сохранении неизменными остальных параметров также приведут к росту полной гидродинамической  силы Fкп.

Если рассмотреть силы, стремящиеся поднять кормушку к поверхности воды (рисунок 1), то это проекции двух сил на ось у:   Fкпу = Fкп cos β        и

Тву =  Тв sinα. При этом Fкп cos β  связана с действием на кормушку воды при ее выматывании, а Тв sinα - с манипуляциями фидером.

Рассмотрим уравнение сил относительно вертикальной оси у (см. рисунок 1):

Тв sinα + Fкп cosβ -  Gк - Fкс sinβ = 0                                                     (3)

Уравнение можно записать в виде:

Тв sinα + Fкп cosβ = Gк+ Fкс sinβ                                                           (4)

Левая часть уравнения представляет как раз сумму подъемных сил и образует подъемную силу кормушки в целом - чем больше левая часть, тем раньше кормушка поднимется на поверхность. Мы уже рассмотрели, отчего зависит увеличение Fкп при выматывании кормушки.  Уменьшение угла β (cos β при этом растет) также должно привести к увеличению подъемной силы, действующей на кормушку  со стороны воды Fкп cosβ. Подъемная сила со стороны фидера  Тв sinα увеличивается при увеличении скорости выматывания (увеличивается Тв), и при увеличении угла α, что связано с подъемом вершинки фидера.

Рассмотрим правую часть уравнения. Увеличение Gк должно быть компенсировано увеличением сил в левой части уравнения. Увеличение скорости выматывания увеличивает Fкс, что приведет и к росту подъемных сил кормушки. Уменьшение угла β (как в левой части) уменьшает значения sinβ, но при этом значительно увеличивается сила сопротивления воды Fкс, то есть произведение Fкс sinβ увеличится.

В итоге получаем, что кормушка раньше (дальше от берега) поднимется на поверхность воды, если у нее будет больше полная гидродинамическая  силы  Fкп,  меньше угол расположения кормушки в воде β, выше скорость выматывания (растет Тв), увеличенный угол α (подъем вершинки фидера на большую высоту) при остальных неизменных параметрах.

В заключение  рассмотрим, при каких условиях  угол α будет равен углу β, то есть сила Тв будет направлена параллельно продольной оси кормушки. Если рассмотреть уравнение  моментов относительно т. О (см. рисунок 1), то мы получим:

Тв (Lк/2 +Lв) sin (β - α - Fкс hc = 0                                                         5)

Решим его относительно Тв :

Тв = Fкс hc/((Lк/2 +Lв) sin (β - α)                                                           6)

Из уравнения следует, что наличие неподвижного водила Lв приводит к уменьшению силы Тв, то есть тянуть кормушку будет легче. Но, как выяснилось ранее, всплывать она будет ближе к берегу.

Использование подвижного водила (Lв=0) приведет у увеличению силы Тв, но кормушка будет всплывать дальше от берега.

При увеличении угла α (угла действия усилия со стороны фидера) уменьшается sin (β - α, сила Тв растет, и при α → β, когда    sin (β - α → 0 тянущая сила Тв стремится  к   бесконечности. Получается, что мы никогда не достигнем состояния, чтобы сила Тв была  направлена строго параллельно продольной оси кормушки. Какой-то небольшой угол (около  5 - 10 градусов) всегда будет сохраняться. А вот кормушки - пули можно вытягивать таким образом, что усилие от фидера  будет совпадать с осью кормушки.

Был рассмотрен  процесс  выматывания пластиковых кормушек (типа «Open End Feeder» от «Korum», Groundbait Feeder от «Drennan»,  «Чеборюковка», самодельных кормушек от Д. Салапина и др.). Наличие отверстий в контейнере может привести к изменениям в поведении кормушек, но незначительным.

Применительно  к металлическим кормушкам, в частности, к кормушкам - клеткам (сеткам), можно сказать, что при той же массе полная гидродинамическая   сила, действующая на них со стороны воды, будет меньше из-за меньшей площади  свинцовой пластинки (клетки  в создании полной гидродинамической силы практически не участвуют). Значит, на поверхность воды они будут выходить ближе к берегу. Следует отметить, что кормушки одинаковой массы, но с увеличенной нижней поверхностью свинцовой пластинки, будут всплывать лучше. Но они будут хуже держать дно.

Дополнительные крылья на кормушке («Vegas», «FiderSport») должны увеличить полную гидродинамическую силу, а значит, и подъемную силу, то есть, кормушка должна всплывать дальше от берега (раньше).

Неоднозначно влияние  плоских неподвижных водил на  всплытие кормушки. С одной стороны, увеличивается полная гидродинамическая сила Fкп из-за добавления в процесс подъема площади водила, с другой стороны, увеличивается длина водила Lв, которая уменьшает полную гидродинамическую силу. Здесь важно соотношение площади водила к ее длине.

Использование кормушек с днищем приведет к резкому увеличению Fкс и, соответственно, к приложению больших усилий при выматывании.

Заключение

1.  Пластиковая кормушка поднимется на поверхность воды раньше (дальше от берега) при остальных неизменных параметрах, если у нее будет больше полная гидродинамическая сила Fкп, зависящая от конструкции кормушки,  меньше угол расположения кормушки в воде β, выше скорость выматывания (рост тянущей силы Тв) и увеличенный угол α (подъем вершинки фидера на большую высоту).

2.  Для увеличения полной гидродинамической силы Fкп надо использовать подвижное водило, и уменьшать, до определенных пределов, длину кормушки. Увеличение диаметра кормушки при сохранении неизменными остальных параметров также приведет к росту полной гидродинамической силы Fкп.

3. В то же время, использование подвижного водила (Lв=0) приведет к увеличению тянущей силы Тв, хотя всплывать она будет дальше от берега.. Наличие неподвижного водила Lв приводит к уменьшению силы Тв, то есть тянуть кормушку будет легче. Но, как выяснилось, всплывать она будет ближе к берегу.  То есть,  выигрывая в одном, мы проигрываем в другом.

4. При имеющихся конструкциях пластиковых кормушек  мы не сможем достичь такого положения при выматывании, чтобы сила Тв была  направлена строго параллельно продольной оси кормушки. Какой-то небольшой угол всегда будет сохраняться.

5. Результаты теоретических исследований совпадают, в основном, с экспериментальными исследованиями И. Чеборюкова самодельных кормушек собственной разработки, прозванных среди рыболовной братии «чеборюковками» (автор уже вошел в историю), что говорит об их приемлемой для практики достоверности.

6. Дополнительные крылья на кормушке увеличивают полную гидродинамическую силу, а значит, и подъемную силу, то есть, кормушка всплывет дальше от берега.

7. Неоднозначно влияние  плоских неподвижных водил на  всплытие кормушки. С одной стороны, увеличивается полная гидродинамическая сила Fкп, с другой стороны, увеличивается длина водила Lв, которая уменьшает полную гидродинамическую силу. Здесь, видимо,  важно соотношение площади водила к ее длине.

8. Применительно  к металлическим кормушкам, в частности, к кормушкам - клеткам (сеткам), можно сказать, что при той же массе полная гидродинамическая, а значит, и подъемная сила, действующая на них со стороны воды, будет меньше из-за меньшей площади  свинцовой пластинки (клетки в создании полной гидродинамической силы практически не участвуют). Значит, на поверхность воды они будут выходить ближе к берегу, если активно не манипулировать фидером. Следует отметить, что кормушки одинаковой массы, но с увеличенной нижней поверхностью свинцовой пластинки, будут всплывать лучше. Но они будут хуже держать дно.