Пока имеет смысл разобрать силы действующие в системе из двух бревен и из одного бревна.
Попробую подключить "перевод на гидродинамический" язык.
Если верно предположение что поток меняет свое направление встречаясь с носовой частью корпуса то возникает разность давления потока в носовой и кормовой части корпуса.
Если на пальцах - вроде понятно. Только поток вокруг бревна или двух брёвен отличается от потока в трубочке из учебника физики средней школы тем, что его направление, давление и скорость при обтекании объекта непрерывно меняются от точки к точке, как вокруг носовой части, так и вокруг кормовой, и даже между ними. Поэтому разностей давлений между носовой и кормовой частью мы можем насчитать стопицоттыщ до неба. Поэтому же можно найти две точки, одну в носовой части, а другую - в кормовой, для которых ваше утверждение истинно, а потом найти две другие точки, для которых оно ложно.
Взаимодействие тела с жидкостью, его реакция на её действие определяется не разностью давлений в двух каких-то точках или отдельных зонах потока, а суммированием всех элементарных сил давления, а также сил касательных напряжений (трения) по всей подводной поверхности объекта. В результате такого суммирования мы получим главный вектор ГД сил, действующих на тело. Но не получим точку его приложения.
Иногда почему-то считают, что точка приложения главного вектора ГД сил находится в центре тяжести тела, но это, разумеется, заблуждение: сила тяжести и гидродинамическая сила имеют разную природу и положение ЦТ влияет только на то, какую форму будет иметь погруженная часть корпуса.
Для привязки ГД силы к какой-то точке судна обычно при суммировании элементарных ГД сил суммируются также моменты этих элементарных сил относительно некоторой фиксированной точки: проще всего - относительно начала системы координат, связанной с судном. При этом мы получим главный вектор сил, приложенный в этой конкретной точке, и главный момент этих сил относительно этой точки. Далее, можно поменять точку, переместив главный вектор в другую точку, от этого его величина и направление не изменятся, изменится только главный момент. Чего нельзя сделать в подавляющем большинстве случаев, так это выбрать такую точку приложения главного вектора, при которой главный момент станет равным нулю, хотя многие в это верят. Парусники - так почти все.
Это течение потока вдоль корпуса можно заметить если поставить неподвижный корпус катамарана под углом к течению реки.
Это же явление происходит когда корпус начинает отклонятся от вектора движения приложенного к ЦТ судна.
"Течение потока" как-то коробит. Поток это и есть течение, движение жидкости относительно какого-либо объекта. И его действительно легко заметить, даже если неподвижный корпус катамарана расположен под нулевым углом к течению реки.
Разворачивающая сила зависит от скорости набегающего потока и угла набегания потока на корпус.
А "разворачивающую силу" в механике (это раздел физики, в который входит и гидродинамика) называют моментом или парой сил, потому что одна сила, в механике, не способна ничего развернуть.
Про угол и скорость - правильно. Любопытно, что даже в идеальной жидкости, где главный вектор действующих на тело ГД сил равен нулю, главный момент этих сил, при несимметричном обтекании, будет не нулевым. Его называют моментом Мунка.
Ну и в обычной вязкой жидкости при несимметричном обтекании тоже будет подобный момент, но там уже ГД сила нулю не равна и действующий на тело момент иногда стараются объяснить исключительно действием этой единственной ГД силы. Что, естественно вызывает проблемы, вплоть до когнитивного диссонанса.
Угол отклонения от курса при буксировке бревна или системы из двух бревен за середину и совпадении ЦТ и ЦБС может быть 90 градусов и система будет менять курс хаотично в пределах отклонения от этой величины.
Угол отклонения оси симметричного тела от курса будем называть углом дрейфа. Он может меняться и хаотично, например, на волнении, которое всегда нерегулярно, или если направление буксировки слегка, но хаотично меняется, что на том же волнении обычное дело. А может, на гладкой воде, меняться регулярно, с некоторым периодом или вообще быть почти постоянным, наподобие воздушного змея на ровном ветру или тянущегося за автомобилем.
Моделью такого поведения может быть бревно размещенное в потоке и закрепленное за середину на неподвижном кронштейне.
Скорее всего оно будет вертется хаотично с отклонением от 90 градусов на 20-30 градусов. (Постараемся это проверить на модели)
Давайте.
Иное поведение будет у системы в которой ЦБС не совпадает с серединой и точкой крепления буксирного троса.
Если точка закрепления буксирного троса позади ЦБС корпус развернется на 180 градусов.
При ЦБС позади точки закрепления троса угол отклонения от курса будет определятся равновесием следующих моментов:
1. Тянущяя сила троса.
2. Сопротивление носовой части корпусов.
3. Сопротивление кормовой части корпусов.
Вот тут как раз интересно. Согласно традиционному представлению о воздействии на судна ГД сил, если тяга троса приложена вдоль оси судна (нет дрейфа), то на судно действует только ГД сила сопротивления, направленная вдоль той же оси. Точка её приложения особо никого не интересует.
Если судно, по какой-то причине, начинает двигаться с углом дрейфа, то кроме ГД силы сопротивления на него начинает действовать ещё боковая ГД сила, приложенная не где-нибудь, а в точке, называемой ЦБС. И тогда, по логике этого традиционного представления, достаточно поместить точку крепления буксирного троса чуть-чуть впереди этого самого ЦБС, чтобы движение судна было устойчивым, то есть оно при этом само должно возвращаться на прежний, вдоль троса, курс. Вот и попробуйте экспериментально определить такую точку. Правда я сильно сомневаюсь, что вам каким-то образом удастся определить отдельно сопротивление носовой части корпуса и отдельно - кормовой, но для поиска ЦБС этого и не требуется.
Такое поведение катамарана на буксире Вы уже описывали.
Предположим что гипотеза о том что разворачивающаа сила вызвана разностью давления набегающего потока в носовой и кормовой части корпуса верна.
В этом случае по мере увеличения угла отклонения от вектора силы буксировки разность давления будет падать.
Угол отклонения установится в тот момент когда момент возврата на курс от ЦБС в корме уравновесит разворачивающий момент от разности давления в носовой части корпусов.
У Мунка момент пропорционален синусу удвоенного угла дрейфа, то есть максимальный момент будет при угле 45°, а затем он начинает убывать и становится равным нулю, когда тело развернётся поперёк потока. Но это - в идеальной жидкости.
Интересно, что будет в реальной?
Она ничего не объясняет
