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南海撞船 - 伯努利定律101

(2025-08-14 13:43:01) 下一個

 昨天新聞和社媒上充斥中國海警船與驅逐艦追襲菲律賓海警小艇時在南海自撞的鏡頭,中國海警船頭兩個最後關頭奮身掛避撞球的水手看來凶多吉少。我在走廊感歎了一下,為他們不值,順便也提了下物理學中的伯努利原理Bernulli's Principle, 流速大壓強小,兩艦並肩高速航行,之間水流速度高於外側流速,產生向內壓強差,造成兩船相吸效應。一劍網友專文反駁:兩船並不是並行相撞,而是呈一個大夾角。其實夾不夾角並不是關鍵,何況事故前視頻可見兩船有同向航行時段(0:15 - 0:20)。

這讓我想稍微較真一下,看看理論上伯努利吸力可能會有多大,是否可以忽略不計,但也隻是個十分粗曠的估算而已,不少簡化和隨意。

[] 假設兩艦相同,長L=120 米,寬W=20米,吃水深度H=6 米,船速V=30節=15m/s。

[] 再假設兩艦相隔距離D=200米,並行並肩航行。注- 呈夾角和不並肩都是可以做相應計算的,但繁瑣些。

[] 伯努利定律:壓差dP=0.5*p*(Vi^2 - Vo^2)

[] 其中p是海水密度=1025kg/m^3, 

[] Vo和Vi分別為兩船外側(開放水域)和兩船內側的流速,Vo = V,

[] Vi取決於船頭排水量以及兩船間距D,Vi = V * (D + W)/D, 這是個極端的基於流體連續性的簡化,假設船頭排開的水量各一半從兩船間的狹道平穩通過,現實是海水遠深過船的吃水,海水在狹道裏也會堆積,因而排開的水量會在上下展開而不是全部在瞬間擠過狹道。還有,激烈的湍流也吸收了很多能量,減弱了吸力。隨便打個50%的折扣來照顧這些現實因子好了。

[] 所以,dP=0.5*p*V^2 * ((D +W)/D)^2 -1)*50%

[] 好了,把所有量代入,可以算得壓差為 dP = 12.1 kPa 

[] 這個壓差作用在船側產生的內推壓力(也就是兩船間的吸力)F= dP * L * H= 8.7 mN (百萬牛頓).

這是結果讓我大吃一驚,因為現代驅逐艦的最高引擎推力也不過5-6 mN吧。即使考慮到船體的真實幾何,再刨去個50%好了,伯奴利吸力即使在200米這樣大的間距,對於兩艘全速並肩同向航行的驅逐艦,也是與船前進的推力可相比擬的。

有誰能找出以上估算的重大漏洞?更多的現實削弱因素?那我再可以指出一個伯努利吸力自增強效應,兩船間由於伯努利效應導致的壓強減小,將傾向於吸入更多海水,使得流速進一步加快,結果就是伯奴利效應的自我增強。

我不是意指伯努利吸力是這次南海撞船的罪魁禍首,從視頻顯見,中國海警船與驅逐艦追襲菲海警小艇時都處於一種不可思議的瘋狂,可想而知舵樓上操縱的官兵是如何一中精神狀態,忘乎所以,全神貫注於菲艇,恨不得一口把它吞了。想想車手路怒,舍命與人飆車,不顧摩擦和慣性等等自然定律,事故風險會增加多少。

為兩位為避撞而遇難的水手和他們的家庭悲哀,和平時期,一個超級大國和一個弱小國的海域之爭,現場玩玩遊戲,擺個姿態即可,大事還得靠外交,如此玩命實在匪夷所思。

希望國家給官兵少灌輸點莫名仇恨,多灌輸點科學知識,盡量減少這種毫無意義犧牲生命的慘劇和被世界恥笑的臭事發生。

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閱讀 ()評論 (3)
評論
老鍵 回複 悄悄話 回複 'Firefox01' 的評論 : 有意思,難怪撞後海軍驅逐艦揚長而去,而不是現場救援
bushihandyman 回複 悄悄話 明顯是海軍英雄救美,菲律賓美人
Firefox01 回複 悄悄話 有人猜測海軍驅逐艦是奉命撞的,這個猜測有幾分道理。
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