A vitorlás jacht mozgásának fizikája. Alapvető információk a vitorlák elméletéből Nem a szél, hanem a vitorla határozza meg az irányt

A vitorlás alatti csónakot két környezet befolyásolja: a vitorlára és a hajó víz feletti részére ható légáramlás, valamint a csónak víz alatti részére ható víz.

A vitorla formájának köszönhetően még a legkedvezőtlenebb szélben is (közeli vontatás) haladhat előre a hajó.

A vitorla szárnyhoz hasonlít, amelynek legnagyobb kihajlása a vitorla szélességének 1/3-1/4-e a lufftól, értéke pedig a vitorlaszélesség 8-10%-a (18. ábra).

Rizs. 18. Vitorlaprofil: B - a vitorla szélessége a húr mentén (I.I. Khomyakov, 1976 szerint).

Ha a szélnek van iránya BAN BEN(19. a. kép), útközben vitorlával találkozik, kétoldalt megkerüli. A vitorla szél felőli oldala nagyobb nyomást (+) hoz létre, mint a hátszél oldala (-). A nyomóerők eredője erőt alkot R, merőleges a vitorla síkjára vagy a luffon és a luffon áthaladó húrvonalra, és a vitorla közepére helyezve CPU(19. ábra, b).

Rizs. 19 A csónak vitorlájára és törzsére ható erők (I. I. Khomyakov, 1976 szerint):

a a szél hatása a vitorlára; b - a szél hatása a vitorlára és a víz hatása a hajótestre.

Kényszerítés R vonóerővé bomlik T, az átmérős síkkal párhuzamosan ( DP). D, merőlegesen irányítva DP, amitől a csónak sodródik és gurul.

Kényszerítés R függ a szél sebességétől és irányától a vitorlához képest. A több Ðb szélirány között BAN BENés a vitorla síkja PP, annál nagyobb a teljesítmény R. Ha Ðb=90°, Kényszerítés R eléri maximális értékét.

Hatalom TÉs D attól függ Ðg között DP csónak és a vitorla síkja. Növekedéssel Ðg Kényszerítés T növekszik és erősödik D csökken.

A víz hatása a hajóra nagymértékben függ a víz alatti részének körvonalaitól.

20. ábra A vitorla helyes helyzete különböző szélirányokban (I.I. Khomyakov, 1976 szerint): a - közeli vontatású; b - öbölszél, c - jibe.

Annak ellenére, hogy közeli szélben a sodródó erő D meghaladja a vonóerőt T, a csónak előremegy. Itt jön képbe az oldalirányú ellenállás. R 1 a hajótest víz alatti része, amely sokszorosa a légellenállásnak R.

Kényszerítés D, a hajótest ellenállása ellenére még mindig lefújja a hajót a pályavonalról. Összeállított DPés a csónak valódi mozgásának iránya IPÐ a sodródási szögnek nevezzük. Minél élesebb a szög között DPés a szél iránya, annál nagyobb az elsodródási szög, mivel hegyesszögeknél a vonóerő T jelentéktelen, és a hajót, mivel nincs elegendő előremozgása, a szélbe fújja. 40-45°-nál meredekebb közeli szélben a hajó nem tud előre haladni.

Így a hajó középsíkjának és a vitorla szélhez viszonyított legkedvezőbb helyzetének megválasztásával a legnagyobb tolóerő és a legkisebb sodródás érhető el. Megállapítást nyert, hogy a közötti szög DP csónak és a vitorla síkja legyen egyenlő Ð felével A a középsík és a szélirány között. A 20. ábra a vitorla helyes helyzetét mutatja közeli (a), félszél (b) és jibe (c) szélben.

A vitorla helyzetének kiválasztásakor ahhoz képest DPés szél, a csónakvezetőt nem a valódi, hanem a látszólagos (látszólagos) szél vezeti, melynek irányát a csónak sebességének és a valódi szél sebességének eredője határozza meg (21. ábra).

21. ábra Látszólagos szél.

b és - valódi szél; V w - szél a csónak mozgásából;

Látható szélben.

Rizs. 22. Az orrvitorla felszerelése az elővitorlához képest (I. I. Khomyakov, 1976 szerint):

a - helyes; b - helytelen.

Az elülső vitorla előtt található orsó lécként működik. Az orrvitorla és az elővitorla között áthaladó légáram csökkenti a nyomást az elővitorla hátul felőli oldalán, és ezáltal növeli az orrvitorla erejét. Ez csak akkor történik meg, ha a szög a gerendák és DP csónakok valamivel nagyobbak, mint az elővitorla és az elővitorla közötti szög DP(22. ábra, a). Ha a gém be van nyomva DP, akkor a légáram az elővitorla hátszélét éri, rontja annak alakját és csökkenti a vonóerőt (22. ábra, b). Ugyanezt a hatást produkálja a túl ívelt orsó.

Mielőtt megvizsgálná a vitorla működését, két rövid, de fontos szempontot kell figyelembe venni:
1. Határozza meg, milyen szél befolyásolja a vitorlákat!
2. Beszéljen a széllel kapcsolatos tanfolyamokhoz kapcsolódó speciális tengeri terminológiáról.

Valódi és látszólagos szelek a vitorlázásban.

A szél, amely egy mozgó hajóra hat, és minden, ami rajta van, különbözik attól, amely bármely álló tárgyra hat.
Valójában a szelet, mint légköri jelenséget, amely a szárazföldhöz vagy a vízhez képest fúj, igazi szélnek nevezzük.
A vitorlázásban a mozgó jachthoz viszonyított szelet látszólagos szélnek nevezzük, és ez a valódi szél és a hajó mozgása által okozott szembejövő légáramlás összege.
A látszólagos szél mindig élesebb szögben fúj a hajóhoz képest, mint a valódi szél.
A látszólagos szélsebesség lehet nagyobb (ha a valódi szél szem- vagy oldalszél), vagy kisebb, mint a valódi szél (ha hátszél).

A szélhez viszonyított irányok.

A szélben azt jelenti, hogy a szél irányából fúj.
Hátszél- a szél irányából.
Ezeket a kifejezéseket, valamint a belőlük származó származékokat, mint például a „szélre”, „hátszélre” nagyon széles körben használják, és nem csak a vitorlázásban.
Amikor ezeket a kifejezéseket egy hajóra alkalmazzák, szokás beszélni a szél- és a hátszél oldalról is.
Ha a szél a jacht jobb oldaláról fúj, akkor ezt az oldalt hívják szél felőli, bal oldal - szél alatti illetőleg.
A bal és a jobb szárny két kifejezés közvetlenül kapcsolódik az előzőekhez: ha a szél a hajó jobb oldalára fúj, akkor azt mondják, hogy a jobb oldalon vitorlázik, ha a bal oldalon, akkor a bal oldalon.
Az angol hajózási terminológiában a jobb és a bal oldalhoz kapcsolódó kifejezés eltér a szokásos jobbról és balról. Azt mondják, jobb oldalról jobb oldalról és minden ezzel kapcsolatos dologról van szó, balról pedig Port.

A szélhez viszonyított pályák.

A szélhez viszonyított irányok a látszólagos szél iránya és a hajó mozgási iránya közötti szögtől függően változnak. Akutra és teljesre oszthatók.

A közeli vontatás éles irány a szélhez képest. amikor a szél 80°-nál kisebb szögben fúj. Lehet meredek közeli szél (50°-ig) vagy teljes közeli szél (50-80°).
A szélhez viszonyított teljes irányok olyan irányok, amikor a szél legalább 90°-os szögben fúj a jacht mozgási irányához képest.
Ezek a tanfolyamok a következőket tartalmazzák:
Gulfwind - a szél 80-100°-os szögben fúj.
Backstay - a szél 100-150°-os szögben fúj (meredek backstay) és 150-170°-os (full backstay).
Fordewind – a szél 170°-nál nagyobb szögben hátrafelé fúj.
Baloldali - a szél szigorúan szembeszél vagy ahhoz közel. Mivel egy vitorlás nem tud ilyen széllel szemben mozogni, gyakrabban nem iránynak, hanem a szélhez viszonyított helyzetnek nevezik.

Manőverek a szélhez képest.

Ha egy vitorlás jacht úgy változtatja meg az irányát, hogy a szél és a mozgás iránya közötti szög lecsökken, akkor azt mondjuk, hogy adott. Más szóval, lelapulni azt jelenti, hogy élesebb szöget zár be a széllel.
Ha fordított folyamat következik be, azaz a jacht irányt változtat a maga és a szél közötti szög növelése felé, a hajó leesik .
Tisztázzuk, hogy a ("vezetés" és "esés") kifejezéseket akkor használjuk, amikor a hajó ugyanazon a fogáson belül változtat irányt a szélhez képest.
Ha a hajó tapadást vált, akkor (és csak akkor!) az ilyen manővert a vitorlázásban fordulásnak nevezzük.
Kétféle módon változtatható a tapadás, és ennek megfelelően két fordulat: tackÉs gúnyolódik .
A tack a szélbe fordulás. A hajót hajtják, a csónak orra keresztezi a szélvonalat, egy ponton a hajó áthalad a bal oldali pozíción, majd a másik fülre fekszik.
Vitorlázás, amikor a jibes ellenkező módon történik: a hajó elesik, a tat átlépi a szélvonalat, a vitorlák átkerülnek a másik oldalra, a jacht más tálcán fekszik. Leggyakrabban ez egy fordulat egyik teljes pályáról a másikra.

Vitorlázás vitorlázás közben.

A vitorlákkal végzett munka során a vitorlázó egyik fő kihívása, hogy a vitorlát a szélhez képest optimális szögben állítsa be, hogy a vitorlát a lehető legjobban hajtsa előre. Ehhez meg kell értenie, hogyan kölcsönhatásba lép a vitorla a széllel.
A vitorla munkája sok tekintetben hasonlít a repülőgép szárnyának munkájához, és az aerodinamika törvényei szerint történik. A különösen kíváncsi vitorlásosok számára egy cikksorozatból többet megtudhat a vitorla, mint szárny aerodinamikájáról:. De jobb ezt megtenni a cikk elolvasása után, fokozatosan áttérve az egyszerű anyagról a bonyolultabbra. Bár, kinek mondom ezt? Az igazi vitorláshajósok nem félnek a nehézségektől. És mindent megtehetsz az ellenkezőjével is.

A fő különbség a vitorla és a repülőgép szárnya között az, hogy ahhoz, hogy aerodinamikai erő megjelenjen a vitorlán, egy bizonyos nullától eltérő szögre van szükség a vitorla és a szél között; ezt a szöget támadási szögnek nevezzük. A repülőgép szárnya aszimmetrikus profillal rendelkezik, és normálisan működik nulla támadási szögben, de a vitorla nem.
Ahogy a szél körbejárja a vitorlát, aerodinamikai erő keletkezik, amely végül előremozdítja a jachtot.
Tekintsük a vitorla működését a vitorlásban a szélhez képest különböző pályákon. Először is, az egyszerűség kedvéért képzeljük el, hogy egy vitorlás árbocot a földbe ásnak, és a szelet különböző szögekben irányíthatjuk a vitorlára.

Támadási szög 0°. A szél végigfúj a vitorlán, lobog a vitorla, mint egy zászló. A vitorlára nincs aerodinamikai erő, csak húzóerő van.
Támadási szög 7°. Egy aerodinamikai erő kezd megjelenni. A vitorlára merőlegesen irányul, és még mindig kicsi.
A támadási szög körülbelül 20°. Az aerodinamikai erő elérte maximális értékét, és a vitorlára merőlegesen irányul.
Támadási szög 90°. Az előző esethez képest az aerodinamikai erő sem nagyságrendben, sem irányban nem változott jelentősen.
Így azt látjuk, hogy az aerodinamikai erő mindig a vitorlára merőlegesen irányul, és nagysága gyakorlatilag nem változik a 20-90°-os szögtartományban.
A 90°-nál nagyobb támadási szögeket nem érdemes figyelembe venni, mivel a jachton a vitorlákat általában nem ilyen szögben állítják be a szélhez képest.

Az aerodinamikai erő fenti függései a támadási szögtől nagymértékben leegyszerűsítettek és átlagoltak.
Valójában ezek a tulajdonságok jelentősen eltérnek a vitorla alakjától függően. Például a versenyjachtok hosszú, keskeny és meglehetősen lapos fővitorlájának maximális aerodinamikai ereje körülbelül 15°-os támadási szögnél, nagyobb szögeknél valamivel kisebb lesz. Ha a vitorla pocakosabb és nem túl nagy az oldalaránya, akkor a rá ható aerodinamikai erő körülbelül 25-30°-os támadási szögnél lehet maximális.

Most nézzük meg, hogyan működik egy vitorla egy jachton.

Az egyszerűség kedvéért képzeljük el, hogy csak egy vitorla van a jachton. Legyen barlang.
Először is érdemes megnézni, hogyan viselkedik a jacht+vitorla rendszer a szélhez viszonyított legélesebb pályákon való mozgáskor, mivel általában ez veti fel a legtöbb kérdést.

Tegyük fel, hogy a jachtot a hajótesthez képest 30-35°-os szögben éri a szél. Ha a vitorlát a széllel megközelítőleg 20°-os szögben irányítjuk a pályán, akkor elegendő A aerodinamikai erőt kapunk rajta.
Mivel ez az erő merőlegesen hat a vitorlára, látjuk, hogy erősen oldalra húzza a jachtot. Az A erőt két komponensre bontva láthatja, hogy a T előre tolóerő többszöröse a csónakot oldalra nyomó erőnek (D, sodródási erő).
Mi okozza ebben az esetben a jacht előrehaladását?
A helyzet az, hogy a hajótest víz alatti részének kialakítása olyan, hogy a hajótest oldalirányú mozgással szembeni ellenállása (úgynevezett oldalirányú ellenállás) is többszöröse az előremozgás ellenállásának. Ezt megkönnyíti a gerinc (vagy középső lap), a kormánylapát és a hajótest formája.
Oldalirányú ellenállás azonban akkor lép fel, ha van valaminek ellenállni, vagyis ahhoz, hogy működni kezdjen, a test valamilyen oldalirányú elmozdulása, az úgynevezett szélsodródás szükséges.

Ez az elmozdulás természetesen az aerodinamikai erő oldalsó komponensének hatására következik be, és válaszként azonnal fellép az S oldalirányú légellenállási erő, amely az ellenkező irányba irányul. Általában 10-15°-os sodródási szögben egyensúlyozzák egymást.
Nyilvánvaló tehát, hogy az aerodinamikai erő oldalsó komponense, amely a szélhez viszonyított éles pályákon a legkifejezettebb, két nemkívánatos jelenséget okoz: a szél elsodródását és gördülését.

A szélsodródás azt jelenti, hogy a jacht pályája nem esik egybe a középvonalával (az átmérősík vagy a DP az orr-tat vonal okos kifejezése). A jacht állandóan a szél felé tolódik, mintha egy kicsit oldalra mozogna.
Köztudott, hogy átlagos időjárási körülmények között közeli pályán vitorlázva a szélsodródás a DP és a tényleges pálya közötti szögben körülbelül 10-15°.

Előre a széllel szemben. Tacking.

Mivel a vitorlák alatt vitorlázás szigorúan széllel szemben nem lehetséges, és csak bizonyos szögben lehet mozogni, jó lenne egy elképzelés arról, hogy a jacht milyen élesen tud fokokban mozogni a széllel szemben. És ennek megfelelően mi az a szélhez képest lassú pályaszakasz, amelyben a széllel szembeni mozgás lehetetlen.
A tapasztalatok azt mutatják, hogy egy hagyományos cirkáló jacht (nem versenyjacht) hatékonyan képes a valódi széllel 50-55°-os szögben vitorlázni.

Így, ha az elérendő cél szigorúan a széllel szemben helyezkedik el, akkor a vitorlázás hozzá nem egyenes vonalban, hanem cikkcakkosan történik, először az egyik, majd a másik tack-on. Ebben az esetben természetesen minden tacknál meg kell próbálnia a lehető legélesebben vitorlázni a szélbe. Ezt a folyamatot ragasztásnak nevezik.

A jachtok röppályái közötti szöget két szomszédos guruláson guruláskor gurulásnak nevezzük. Nyilvánvaló, hogy 50-55°-os széllel szembeni éles mozgásnál a tapadási szög 100-110° lesz.

A tapadási szög nagysága megmutatja, milyen hatékonyan tudunk a cél felé haladni, ha az szigorúan széllel szemben van. Például 110°-os szög esetén a célhoz vezető út 1,75-szörösére nő az egyenes vonalban való mozgáshoz képest.

Vitorlázás más pályákon a szélhez képest

Nyilvánvaló, hogy már öbölszél pályán a T tolóerő jelentősen meghaladja a D sodródási erőt, így az elsodródás és a gurulás kicsi lesz.

A backstay esetében, amint látjuk, nem sokat változott a Gulfwind pályához képest. A nagyvitorla a DP-re csaknem merőlegesen van elhelyezve, és ez a helyzet a legtöbb jacht számára extrém, technikailag lehetetlen még tovább telepíteni.

A fővitorla helyzete a jibe pályán nem különbözik a hátsó pályán lévő helyzettől.
Itt az egyszerűség kedvéért, ha figyelembe vesszük a vitorlás folyamat fizikáját, csak egy vitorlát veszünk figyelembe - a nagyvitorlát. Általában egy jachtnak két vitorlája van - egy fővitorla és egy maradóvitorla (fejvitorla). Tehát egy jibe pályán az orrvitorla (ha ugyanazon az oldalon van, mint a nagyvitorla) a nagyvitorla szélárnyékában van, és gyakorlatilag nem működik. Ez az egyik oka annak, hogy miért nem kedvelik a jibe-t a hajósok körében.

Azt hiszem, sokan élnénk a lehetőséggel, hogy valamilyen víz alatti járművön merüljünk a tenger mélységébe, de mégis a legtöbben inkább egy vitorlás tengeri utat választanak. Amikor még nem jártak repülők vagy vonatok, csak vitorlások voltak. Nélkülük a világ nem az volt, ami volt.

Az egyenes vitorlájú vitorlások az európaiakat vitték Amerikába. Stabil fedélzetükön és tágas raktereiken emberek és kellékek voltak az Újvilág felépítéséhez. De ezeknek az ősi hajóknak is megvoltak a maguk korlátai. Lassan és majdnem egy irányba mentek a széllel. Sok minden változott azóta. Ma teljesen más elveket alkalmaznak a szél és a hullámok erejének szabályozására. Tehát ha modern autóval akarsz lovagolni, meg kell tanulnod néhány fizikát.

A modern vitorlázás nem csak a széllel való mozgás, hanem valami, ami a vitorlára hat, és szárnyként repül. Ezt a láthatatlan „valamit” emelésnek nevezik, amit a tudósok oldalirányú erőnek neveznek.

Egy figyelmes szemlélő nem tudta nem észrevenni, hogy bármerre fúj a szél, a vitorlás mindig ott mozog, amerre a kapitány akarja – még akkor is, ha a szél fúj. Mi a titka a makacsság és az engedelmesség ilyen csodálatos kombinációjának?

Sokan észre sem veszik, hogy a vitorla szárny, a szárny és a vitorla működési elve pedig ugyanaz. Emelőerőn alapul, csak akkor, ha a repülőgép szárnyának emelőereje a szembeszél segítségével felfelé löki a gépet, akkor egy függőlegesen elhelyezett vitorla irányítja előre a vitorlást. Ahhoz, hogy ezt tudományos szempontból megmagyarázzuk, vissza kell térni az alapokhoz – a vitorla működéséhez.

Nézze meg a szimulált folyamatot, amely megmutatja, hogyan hat a levegő a vitorla síkjára. Itt látható, hogy a levegő áramlik a modell alatt, amelyeknek nagyobb a kanyarodása, hajlítsa meg, hogy megkerülje. Ebben az esetben az áramlást kissé fel kell gyorsítani. Ennek eredményeként alacsony nyomású terület jelenik meg - ez emelést generál. Az alsó oldalon lévő alacsony nyomás lefelé húzza a vitorlát.

Más szóval, egy nagy nyomású terület megpróbál egy alacsony nyomású terület felé mozogni, nyomást gyakorolva a vitorlára. Nyomáskülönbség keletkezik, ami emelést generál. A vitorla alakjából adódóan a szélsebesség a belső szél felőli oldalon kisebb, mint a hátszélben. Kívül vákuum képződik. A levegő szó szerint beszívódik a vitorlába, ami előretolja a vitorlás jachtot.

Valójában ezt az elvet meglehetősen egyszerű megérteni; csak nézzen meg közelebbről bármely vitorlás hajót. A trükk itt az, hogy a vitorla, függetlenül attól, hogy milyen helyzetben van, szélenergiát ad át a hajónak, és még ha vizuálisan úgy tűnik is, hogy a vitorla le kell lassítania a jachtot, az erőkifejtés középpontja közelebb van a hajó orrához. vitorlás, és a szél ereje biztosítja az előremozgást.

De ez egy elmélet, de a gyakorlatban minden egy kicsit más. Valójában egy vitorlás jacht nem tud széllel szemben vitorlázni - bizonyos szögben mozog vele szemben, az úgynevezett tackok.

Egy vitorlás az erőviszonyok miatt mozog. A vitorlák szárnyként viselkednek. Az általuk termelt emelés nagy része oldalra irányul, csak kis mértékben előre. Ennek a csodálatos jelenségnek a titka azonban az úgynevezett „láthatatlan” vitorla, amely a jacht feneke alatt található. Ez egy gerinc, vagy tengeri nyelven: centerboard. A középső lap emelése is emelést produkál, ami szintén főként oldalra irányul. A gerinc ellenáll a dőlésnek és a vitorlára ható ellentétes erőnek.

Az emelőerő mellett gurulás is előfordul - ez a jelenség az előrehaladásra káros és a hajó legénysége számára veszélyes. De ezért létezik a legénység a jachton, hogy élő ellensúlyként szolgáljon a fizika kérlelhetetlen törvényeivel szemben.

Egy modern vitorlásban a gerinc és a vitorla együtt mozgatja a vitorlást. De amint azt minden kezdő tengerész megerősíti, a gyakorlatban minden sokkal bonyolultabb, mint elméletben. Egy tapasztalt vitorlázó tudja, hogy a vitorla hajlításának legkisebb változása lehetővé teszi a nagyobb emelés elérését és az irány szabályozását. A vitorla hajlításának megváltoztatásával egy képzett matróz szabályozza az emelést előidéző ​​terület méretét és elhelyezkedését. Egy mély előrehajlás nagy nyomásterületet hozhat létre, de ha a kanyar túl nagy vagy a bevezető él túl meredek, a levegőmolekulák nem követik a kanyart. Más szóval, ha az objektum éles sarkokkal rendelkezik, az áramlás részecskéi nem tudnak fordulni - a mozgás lendülete túl erős, ezt a jelenséget „elkülönült áramlásnak” nevezik. Ennek a hatásnak az eredménye, hogy a vitorla „söpör”, elveszti a szelet.

Íme néhány praktikusabb tanács a szélenergia felhasználásához. Optimális irány a szélbe (versenyző közeli szél). A tengerészek ezt „szél ellen vitorlázásnak” hívják. A látszólagos szél, amelynek sebessége 17 csomó, észrevehetően gyorsabb, mint a valódi szél, amely létrehozza a hullámrendszert. Az iránykülönbség 12°. A látszólagos szél iránya - 33°, a valódi szél iránya - 45°.

A vitorlás jacht szélben való mozgását valójában a szél egyszerű nyomása határozza meg a vitorlájára, ami előretolja a hajót. A szélcsatorna-kutatások azonban kimutatták, hogy a széllel szembeni vitorlázás összetettebb erőhatásoknak teszi ki a vitorlát.

Amikor a beáramló levegő a vitorla homorú hátsó felülete körül áramlik, a levegő sebessége csökken, míg a vitorla domború elülső felülete körül áramolva ez a sebesség nő. Ennek eredményeként a vitorla hátsó felületén nagy nyomású terület, az elülső felületen pedig alacsony nyomású terület képződik. A vitorla két oldalán kialakuló nyomáskülönbség húzó (toló) erőt hoz létre, amely a jachtot a széllel szögben előre mozgatja.

A szélre megközelítőleg derékszögben elhelyezkedő vitorlás (a tengerészeti terminológiában a jacht ragadt) gyorsan halad előre. A vitorla húzó- és oldalirányú erőknek van kitéve. Ha egy vitorlás jacht a széllel éles szögben vitorlázik, sebessége lelassul a húzóerő csökkenése és az oldalerő növekedése miatt. Minél jobban el van fordítva a vitorla a far felé, annál lassabban halad előre a jacht, különösen a nagy oldalirányú erő miatt.

A vitorlás jacht nem vitorlázhat közvetlenül a szélbe, de előrehaladhat rövid cikcakk mozdulatok sorozatával, amelyeket a széllel szögben hajtanak végre. Ha a szél a bal oldalra fúj (1), akkor azt mondják, hogy a jacht balra, ha pedig jobbra (2), jobb oldalra vitorlázik. A táv gyorsabb megtétele érdekében a vitorlás a vitorlája helyzetének beállításával próbálja a vitorla sebességét a határértékre növelni, ahogy az a bal oldali ábrán látható. Az egyenes vonaltól való oldalirányú eltérés minimálisra csökkentése érdekében a jacht mozog, és irányt változtat jobb oldalról balra és fordítva. Amikor a jacht irányt változtat, a vitorla a másik oldalra esik, és amikor síkja egybeesik a szélvonallal, egy ideig csapkod, i.e. inaktív (középső kép a szöveg alatt). A jacht az úgynevezett holt zónában találja magát, és addig veszít sebességéből, amíg a szél az ellenkező irányból ismét felfújja a vitorlát.

Nyugati irányú szél a Csendes-óceán déli részén. Éppen ezért az útvonalunkat úgy alakítottuk ki, hogy a „Juliet” vitorlás jachton keletről nyugatra haladjunk, vagyis hátunk fújjon a szél.

Ha azonban ránézünk az útvonalunkra, észrevehetjük, hogy gyakran, például amikor délről északra haladtunk Szamoáról Tokelauba, a szélre merőlegesen kellett haladnunk. És néha teljesen megváltozott a szél iránya, és szembe kellett mennünk a széllel.

Júlia útvonala

Mi a teendő ebben az esetben?

A vitorlás hajók már régóta képesek széllel szemben is vitorlázni. A klasszikus Yakov Perelman régen jól és egyszerűen írt erről a második könyvében a „Szórakoztató fizika” sorozatból. Ezt a darabot itt szó szerint, képekkel mutatom be.

"Vitorlázni a széllel szemben

Nehéz elképzelni, hogy a vitorlás hajók hogyan tudnak „szemben menni a széllel” – vagy ahogy a tengerészek mondják, „közelről”. Igaz, a tengerész azt fogja mondani, hogy nem vitorlázhatsz közvetlenül a széllel szemben, de csak a szél irányával éles szögben mozoghatsz. De ez a szög kicsi - körülbelül negyed derékszög -, és talán ugyanolyan érthetetlennek tűnik: közvetlenül a széllel szemben kell-e vitorlázni, vagy 22°-os szögben.

A valóságban azonban ez nem közömbös, és most elmagyarázzuk, hogyan lehet a szél erejével enyhe szögben haladni felé. Először nézzük meg, hogy a szél általában hogyan hat a vitorlára, vagyis hova tolja a vitorlát, amikor ráfúj. Valószínűleg azt gondolod, hogy a szél mindig abba az irányba tolja a vitorlát, amerre fúj. De ez nem így van: amerre fúj a szél, merőlegesen tolja a vitorlát a vitorla síkjára. Valóban: fújjon a szél az alábbi ábrán a nyilak által jelzett irányba; az AB vonal a vitorlát jelöli.

A szél mindig merőlegesen nyomja a vitorlát a síkjára.

Mivel a szél egyenletesen nyomja a vitorla teljes felületét, ezért a szélnyomást a vitorla közepére kifejtett R erővel helyettesítjük. Ezt az erőt két részre bontjuk: a vitorlára merőleges Q erőre és a vitorlára irányított P erőre (lásd a fenti ábrát, jobbra). Az utolsó erő sehol sem löki a vitorlát, hiszen a szél súrlódása a vásznon elenyésző. Marad a Q erő, ami merőlegesen nyomja a vitorlát.

Ennek ismeretében könnyen megérthetjük, hogyan tud egy vitorlás a szél felé hegyesszögben vitorlázni. Jelölje a KK vonal a hajó gerincvonalát.

Hogyan tudsz széllel szemben vitorlázni?

A szél hegyesszögben fúj ehhez a vonalhoz a nyíllal jelzett irányba. Az AB vonal vitorlát ábrázol; úgy van elhelyezve, hogy síkja felezi a gerinc iránya és a szél iránya közötti szöget. Kövesse az erők eloszlását az ábrán. A vitorlára nehezedő szélnyomást Q erővel ábrázoljuk, amelynek – tudjuk – merőlegesnek kell lennie a vitorlára. Osszuk ezt az erőt két részre: a gerincre merőleges R erőre és a hajó gerincvonala mentén előre irányuló S erőre. Mivel a hajó R irányú mozgása erős vízellenállásba ütközik (a vitorlás hajók gerince nagyon mély), az R erőt szinte teljesen kiegyenlíti a víz ellenállása. Csak egy S erő marad, amely, amint látja, előre irányul, és ezért szögben mozgatja a hajót, mintha a szél felé irányulna. [Bizonyítható, hogy az S erő akkor a legnagyobb, ha a vitorla síkja felezi a gerinc és a szélirány közötti szöget.]. Ezt a mozgást általában cikkcakkokban hajtják végre, amint az az alábbi ábrán látható. A tengerészek nyelvén a hajó ilyen mozgását a szó szoros értelmében „tacking”-nak nevezik.

Vegyük most figyelembe az összes lehetséges szélirányt a hajó irányához képest.

A hajó szélhez viszonyított irányának diagramja, vagyis a szél iránya és a tattól az orrig tartó vektor (pálya) közötti szög.

Ha a szél az arcodba fúj (leventik), a vitorlák egyik oldalról a másikra lógnak, és nem lehet a vitorlával mozogni. Természetesen mindig leengedheti a vitorlákat és bekapcsolhatja a motort, de ennek már semmi köze a vitorlázáshoz.

Amikor a szél közvetlenül mögötted fúj (jibe, hátszél), a felgyorsult légmolekulák az egyik oldalon nyomást gyakorolnak a vitorlára, és a hajó megmozdul. Ilyenkor a hajó csak a szélsebességnél lassabban tud haladni. Itt működik a szélben való kerékpározás hasonlata - a szél hátul fúj, és könnyebben tekerheted a pedálokat.

A széllel szembeni mozgásnál (közeli vontatás) a vitorla nem a légmolekulák hátulról nehezedő nyomása miatt mozog, mint a jibe esetében, hanem az eltérő légsebesség miatt létrejövő emelőerő miatt. mindkét oldalon a vitorla mentén. Sőt, a gerinc miatt a csónak nem a csónak irányára merőleges irányba mozog, hanem csak előre. Vagyis a vitorla ebben az esetben nem esernyő, mint egy közeli vitorla esetében, hanem egy repülőgép szárnya.

Átjárásaink során főként hátsó támaszokkal és öblösszel vitorláztunk 7-8 csomós átlagsebességgel, 15 csomós szélsebességgel. Néha széllel szemben vitorláztunk, félszélben és közelről. És amikor elült a szél, beindították a motort.

Általánosságban elmondható, hogy egy vitorlás széllel szembeni hajó nem csoda, hanem valóság.

A legérdekesebb dolog az, hogy a hajók nem csak széllel szemben tudnak vitorlázni, hanem még szélnél is gyorsabban. Ez akkor történik, amikor a csónak hátradől, létrehozva a saját szelét.