Зависимость между скоростью потока и давлением в нем, известная как закон Бернулли, помогает анализировать явления, связанные с движением тел в воде.
Рассмотрим характер симметричного обтекания тела потоком жидкости на рис. 6. Перед телом поток воды замедляется. В точке А поток разветвляется и его скорость уменьшается до нуля, а давление Р возрастает. В обе стороны от точки А к точкам В и В1 скорость потока вновь увеличивается, а давление уменьшается. Постепенно частицы пограничного слоя воды благодаря трению теряют свою скорость и, не достигнув точки Д, начинают возвратное движение. Почти около точек С и С\ прямое и обратное течения сталкиваются, поток отрывается от поверхности тела, позади тела образуется область беспорядочного вихревого движения воды и давление здесь падает. Равнодействующая сил давления воды на тело направлена по потоку назад и тормозит движение тела.
Поскольку вода обладает вязкостью, то вокруг движущегося тела образуется так называемый пограничный слой, т. е. слой воды, который движется как бы вместе с телом. Скорость течения воды около тела быстро возрастает от нуля на поверхности тела (здесь имеет место «прилипание» воды к телу) до полной скорости обтекающего потока воды. Вследствие этого возникают силы внутреннего трения F (см. рис. 6). Они приложены по касательной к поверхности тела и также тянут его по потоку назад.
Как видим, сила R, с которой вода действует на движущееся в ней тело, складывается из сил трения и сил давления. Называют ее силой реакции воды.
Сила, скорость и ускорение есть векторные величины. Они всегда действуют в определенном направлении. Графически вектор изображается прямолинейным отрезком, длина которого в выбранном масштабе соответствует численному значению вектора, а направление действия указывается стрелкой на конце отрезка.
Вектор силы реакции воды R в общем случае направлен под углом к направлению движения тела (рис. 8). Его можно представить в виде суммы двух других векторов, т. е. разложить на составляющие. Направление действия составляющих выбирают заранее. Обычно вектор R, применяя правило параллелограмма, раскладывают по двум направлениям: по потоку воды и перпендикулярно к нему (см. рис. 8). В этом случае одна из составляющих Rx, направленная параллельно потоку, называется силой лобового сопротивления. Другая составляющая Rv, — направленная перпендикулярно к потоку, называется подъемной силой.
Ориентацию тела в потоке характеризуют углом атаки. Это острый угол а между продольной осью тела и направлением движения.
С увеличением угла атаки коэффициент лобового сопротивления непрерывно повышается и достигает максимума, когда тело занимает положение, перпендикулярное к потоку воды (а=90°). Отклонение рабочей плоскости на 15—20° от перпендикулярного положения не оказывает существенного влияния на величину коэффициента.
Величина коэффициента подъемной силы также зависит от формы и профиля тела, угла атаки и других факторов. Величина коэффициента резко возрастает при изменении угла атаки от нуля до 18—20°. С дальнейшим увеличением угла атаки величина коэффициента резко падает. При угле атаки 90° она становится равной нулю.
Теоретически вычислить коэффициенты Сх и Су трудно. Поэтому их находят опытным путем для тел различных размеров, формы и профиля.
Замена силы R двумя составляющими Rx и Ry является условной. В действительности имеется лишь одна сила — сила реакции воды. Направление ее действия приближается к перпендикуляру, опущенному на поверхность тела или рабочих звеньев пловца, взаимодействующих с потоком.