Рух яхти станься завдяки тому, що вітер взаємодіє з вітрилом. Аналіз цього взаємодії призводить до несподіваних, для багатьох новачків, результатами. Виявляється, що максимальна швидкість досягається, зовсім не коли вітер дме точно ззаду, а побажання «попутного вітру» несе в собі абсолютно несподіваний сенс.
Як парус, так і кіль, при взаємодії з потоком, відповідно, повітря або води, створюють підйомну силу, отже, для оптимізації їх роботи можна застосувати теорію крила.
ДВИЖУЩАЯ СИЛА ВІТРУ
Повітряний потік має кінетичної енергією і, взаємодіючи з вітрилами, здатний рухати яхту. Робота, як вітрила, так і крила літака, описується законом Бернуллі, згідно з яким збільшення швидкості потоку призводить до зменшення тиску. При переміщенні в повітряному середовищі, крило розділяє потік. Частина його обходить крило зверху, частина знизу. Крило літака спроектовано так, що повітряний потік, що проходить над верхньою стороною крила рухається швидше, ніж потік, який проходить під нижньою частиною крила. Результат - тиск над крилом значно нижче, ніж під. Різниця тиску і є підйомна сила крила (рис. 1а). Завдяки складній формі, крило здатне генерувати підйомну силу навіть в тому випадку, коли розсікає потік, який рухається паралельно площині крила.
Парус може рухати яхту тільки в тому випадку, якщо знаходиться під деяким кутом до потоку і відхиляє його. Дискусійним залишається питання про те, яка частина підйомної сили пов'язана з ефектом Бернуллі, а яка є результатом відхилення потоку. Відповідно до класичної теорії крила підйомна сила виникає виключно в результаті різниці швидкостей потоку над і під асиметричним крилом. Разом з тим добре відомо, що і симетричне крило здатне створювати підйомну силу, якщо встановлено під певним кутом до потоку (рис. 1б). В обох випадках кут між лінією що з'єднує передню і задню точки крила і напрямком потоку, називається кутом атаки.
Підйомна сила збільшується зі збільшенням кута атаки, проте ця залежність працює тільки при невеликих значеннях цього кута. Як тільки кут атаки перевищує певний критичний рівень і відбувається зрив потоку, на верхній поверхні крила утворюються численні вихори, а підйомна сила різко зменшується (рис. 1в).
На сайті NASA опубліковані дуже цікаві матеріали про різні фактори впливають на формування крилом літака підйомної сили. Там же представлені інтерактивні графічні моделі, які демонструють, що підйомна сила може формуватися і симетричним крилом за рахунок відхилення потоку.
Парус, перебуваючи під кутом до повітряного потоку, відхиляє його (рис. 1г). Той, хто йде через «верхню», подветренную сторону вітрила, повітряний потік проходить довший шлях і, відповідно до принципу нерозривності потоку, рухається швидше, ніж з навітряної, «нижній» сторони. Результат - тиск з підвітряного боку вітрила менше, ніж з навітряної сторони.
При русі курсом фордевінд, коли вітрило встановлений перпендикулярно до напрямку вітру, ступінь збільшення тиск з навітряного боку більше, ніж ступінь зниження тиску з підвітряного боку, іншими словами вітер більше штовхає яхту, ніж тягне. У міру того, як яхта буде повертати гостріше до вітру, це співвідношення змінюватиметься. Так, якщо вітер дме перпендикулярно курсу яхти, збільшення тиску на вітрило з навітряного боку чинить менший вплив на швидкість, ніж зниження тиску з підвітряного боку. Іншими словами парус більше тягне яхту, ніж штовхає.
Яхтсмени знають, що фордевінд далеко не найшвидший курс. Якщо вітер тієї ж сили дме під кутом 90 градусів до курсу, яхта рухається набагато швидше. На курсі фордевінд сила, з якою вітер тисне на вітрило, залежить від швидкості яхти. З максимальною силою вітер тисне на вітрило стоїть без руху яхти (рис. 2а). У міру збільшення швидкості тиск на вітрило падає і стає мінімальний, коли яхта досягає максимальної швидкості (рис. 2б). Максимальна швидкість на курсі фордевінд завжди менше швидкості вітру. Причин тому, кілька: по-перше, тертя, при будь-якому русі деяка частина енергії витрачається на подолання різних сил перешкоджають руху. Але головне те, що сила, з якою вітер тисне на вітрило, пропорційна квадрату швидкості вітру вимпела, а швидкість вітру вимпела на курсі фордевінд дорівнює різниці швидкості істинного вітру і швидкості яхти.
Курсом галфвінд (під 90º до вітру) вітрильні яхти здатні рухаються швидше вітру. В рамках цієї статті ми не будемо обговорювати особливості вітру вимпела, відзначимо лише, що на курсі галфвінд, сила, з якою вітер тисне на вітрила, в меншій мірі залежить від швидкості яхти (рис. 2в).
Основним фактором, який перешкоджає збільшенню швидкості, є тертя. Тому вітрильники з невеликим опором руху здатні досягати швидкості, що набагато перевищує швидкість вітру, але не на курсі фордевінд. Наприклад, буєр, за рахунок того, що ковзани мають нікчемним опором ковзання, здатний розігнатися до швидкості 150 км / год при швидкості вітру 50 км / год і навіть менше.
Рух яхти станься завдяки тому, що вітер взаємодіє з вітрилом. Аналіз цього взаємодії призводить до несподіваних, для багатьох новачків, результатами. Виявляється, що максимальна швидкість досягається, зовсім не коли вітер дме точно ззаду, а побажання «попутного вітру» несе в собі абсолютно несподіваний сенс.
Як парус, так і кіль, при взаємодії з потоком, відповідно, повітря або води, створюють підйомну силу, отже, для оптимізації їх роботи можна застосувати теорію крила.
ДВИЖУЩАЯ СИЛА ВІТРУ
Повітряний потік має кінетичної енергією і, взаємодіючи з вітрилами, здатний рухати яхту. Робота, як вітрила, так і крила літака, описується законом Бернуллі, згідно з яким збільшення швидкості потоку призводить до зменшення тиску. При переміщенні в повітряному середовищі, крило розділяє потік. Частина його обходить крило зверху, частина знизу. Крило літака спроектовано так, що повітряний потік, що проходить над верхньою стороною крила рухається швидше, ніж потік, який проходить під нижньою частиною крила. Результат - тиск над крилом значно нижче, ніж під. Різниця тиску і є підйомна сила крила (рис. 1а). Завдяки складній формі, крило здатне генерувати підйомну силу навіть в тому випадку, коли розсікає потік, який рухається паралельно площині крила.
Парус може рухати яхту тільки в тому випадку, якщо знаходиться під деяким кутом до потоку і відхиляє його. Дискусійним залишається питання про те, яка частина підйомної сили пов'язана з ефектом Бернуллі, а яка є результатом відхилення потоку. Відповідно до класичної теорії крила підйомна сила виникає виключно в результаті різниці швидкостей потоку над і під асиметричним крилом. Разом з тим добре відомо, що і симетричне крило здатне створювати підйомну силу, якщо встановлено під певним кутом до потоку (рис. 1б). В обох випадках кут між лінією що з'єднує передню і задню точки крила і напрямком потоку, називається кутом атаки.
Підйомна сила збільшується зі збільшенням кута атаки, проте ця залежність працює тільки при невеликих значеннях цього кута. Як тільки кут атаки перевищує певний критичний рівень і відбувається зрив потоку, на верхній поверхні крила утворюються численні вихори, а підйомна сила різко зменшується (рис. 1в).
на сайті NASA опубліковані дуже цікаві матеріали про різні фактори впливають на формування крилом літака підйомної сили. Там же представлені інтерактивні графічні моделі, які демонструють, що підйомна сила може формуватися і симетричним крилом за рахунок відхилення потоку.
Парус, перебуваючи під кутом до повітряного потоку, відхиляє його (рис. 1г). Той, хто йде через «верхню», подветренную сторону вітрила, повітряний потік проходить довший шлях і, відповідно до принципу нерозривності потоку, рухається швидше, ніж з навітряної, «нижній» сторони. Результат - тиск з підвітряного боку вітрила менше, ніж з навітряної сторони.
При русі курсом фордевінд, коли вітрило встановлений перпендикулярно до напрямку вітру, ступінь збільшення тиск з навітряного боку більше, ніж ступінь зниження тиску з підвітряного боку, іншими словами вітер більше штовхає яхту, ніж тягне. У міру того, як яхта буде повертати гостріше до вітру, це співвідношення змінюватиметься. Так, якщо вітер дме перпендикулярно курсу яхти, збільшення тиску на вітрило з навітряного боку чинить менший вплив на швидкість, ніж зниження тиску з підвітряного боку. Іншими словами парус більше тягне яхту, ніж штовхає.
Яхтсмени знають, що фордевінд далеко не найшвидший курс. Якщо вітер тієї ж сили дме під кутом 90 градусів до курсу, яхта рухається набагато швидше. На курсі фордевінд сила, з якою вітер тисне на вітрило, залежить від швидкості яхти. З максимальною силою вітер тисне на вітрило стоїть без руху яхти (рис. 2а). У міру збільшення швидкості тиск на вітрило падає і стає мінімальний, коли яхта досягає максимальної швидкості (рис. 2б). Максимальна швидкість на курсі фордевінд завжди менше швидкості вітру. Причин тому, кілька: по-перше, тертя, при будь-якому русі деяка частина енергії витрачається на подолання різних сил перешкоджають руху. Але головне те, що сила, з якою вітер тисне на вітрило, пропорційна квадрату швидкості вітру вимпела, а швидкість вітру вимпела на курсі фордевінд дорівнює різниці швидкості істинного вітру і швидкості яхти.
Курсом галфвінд (під 90º до вітру) вітрильні яхти здатні рухаються швидше вітру. В рамках цієї статті ми не будемо обговорювати особливості вітру вимпела, відзначимо лише, що на курсі галфвінд, сила, з якою вітер тисне на вітрила, в меншій мірі залежить від швидкості яхти (рис. 2в).
Основним фактором, який перешкоджає збільшенню швидкості, є тертя. Тому вітрильники з невеликим опором руху здатні досягати швидкості, що набагато перевищує швидкість вітру, але не на курсі фордевінд. Наприклад, буєр, за рахунок того, що ковзани мають нікчемним опором ковзання, здатний розігнатися до швидкості 150 км / год при швидкості вітру 50 км / год і навіть менше.
The Physics of Sailing Explained: An Introduction
Автори: Bryon D. Anderson
Опубліковано видавництвом Sheridan House, Inc., 2003
ISBN 1574091700, 9781574091700
