میخائیل یوریویچ لرمونتوف شاعر روسی دوست داشت دریاو در آثار خود اغلب از او نام می برد. او یک شعر فوق العاده در مورد سفید شدن سرود سفر دریایی، که در میان امواج در دریای دور می شتابد. احتمالاً شما با شعر لرمونتوف آشنا هستید ، زیرا اینها معروف ترین اشعار شاعرانه در مورد کشتی های بادبانی هستند. با خواندن آنها می توان دریایی مواج و کشتی های زیبایی را در میان امواج آن تصور کرد. باد بادبان ها را می برد. و به لطف نیروی باد ، کشتی ها به جلو حرکت می کنند. اما چگونه قایق های بادبانی می توانند در برابر باد حرکت کنند؟

برای پاسخ به این سوال ، ابتدا باید یک کلمه ناآشنا را بیاموزید. "چسب".حلزونجهت حرکت رگ نسبت به باد است. وقتی باد از سمت چپ می وزد ، چسب را می توان در سمت چپ گذاشت ، یا هنگامی که باد از سمت راست می وزد ، راست باشد. همچنین مهم است که معنای دوم کلمه "tack" را بدانید - این بخشی از مسیر است ، یا بهتر است بگوییم ، بخش آن است که یک قایق بادبانی هنگام حرکت از آن عبور می کند. در برابر باد... یاد آوردن؟

اکنون ، برای درک اینکه چگونه قایق های بادبانی می توانند در برابر باد حرکت کنند ، بیایید با بادبان ها برخورد کنیم. آنها در شکل ها و اندازه های مختلف روی یک قایق بادبانی قرار می گیرند - مستقیم و مایل... و هرکس کار خود را انجام می دهد. هنگامی که باد مخالف می وزد ، کشتی توسط بادبان های مورب هدایت می شود که به این طرف و آن طرف می چرخند.

به دنبال آنها ، کشتی در یک جهت یا طرف دیگر می چرخد. می چرخد ​​و جلو می رود. ملوانان به این حرکت می گویند - چسب متغیر... ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که باد بر بادبانهای مورب فشار می آورد و کشتی را کمی به طرفین و جلو می برد. سکان قایق بادبانی اجازه چرخش کامل آن را نمی دهد و ملوانان ماهر بادبان ها را به موقع به حرکت در آورده و موقعیت خود را تغییر می دهند. بنابراین ، در زیگزاگ های کوچک ، و به جلو حرکت می کند.

البته تك زدن متغير براي كل خدمه يك قايق بادباني بسيار دشوار است. اما ملوانان بچه های با تجربه ای هستند. آنها از مشکلات نمی ترسند و عاشق دریا هستند.

4.4 عمل باد بر بادبان

یک قایق زیر بادبان تحت تأثیر دو رسانه قرار دارد: جریان هوا روی بادبان و سطح قایق و آب روی قسمت زیر آب قایق.

به لطف شکل بادبان ، حتی در نامساعدترین بادها (باد جانبی) ، قایق می تواند به جلو حرکت کند. بادبان شبیه بال است که بزرگترین انحراف آن 1/3/1/4 عرض بادبان از زالو است و مقدار 8-10 درصد عرض بادبان را دارد (شکل 44).

اگر باد ، با جهت B (شکل 45 ، الف) ، در راه خود با بادبانی برخورد کند ، از دو طرف به دور خود خم می شود. سمت باد باد بالا (+) بیشتر از باد پایین (-) تحت فشار است. در نتیجه نیروهای فشار ، نیرویی P ایجاد می شود که عمود بر صفحه بادبان یا آکوردی است که از لوف و زالو عبور می کند و به مرکز بادبان CP اعمال می شود (شکل 45 ، ب).

برنج. 44. مشخصات بادبان:
B - عرض بادبان در امتداد وتر

برنج. 45. نیروهای وارد بر بادبان و بدنه قایق:
a - تأثیر باد بر بادبان ؛ ب - تأثیر باد بر بادبان و آب بر بدنه قایق

برنج. 46. ​​موقعیت صحیح بادبان در جهات مختلف باد: a - beydewind؛ ب - gulfwind ؛ ج - fordewind

نیروی P به نیروی رانش T تجزیه می شود که به موازات سطح مرکزی (DP) قایق هدایت می شود ، قایق را مجبور به حرکت می کند و نیروی رانش D ، عمود بر DP ، باعث حرکت و چرخش قایق می شود به

نیروی P بستگی به سرعت و جهت باد نسبت به بادبان دارد. بیشتر
اگر
تأثیر آب بر قایق تا حد زیادی به خطوط قسمت زیر آب آن بستگی دارد.

علیرغم این واقعیت که در یک باد همراه ، نیروی رانش D از نیروی رانش T فراتر می رود ، قایق دارای یک حرکت رو به جلو است. این تحت تأثیر مقاومت جانبی R 1 قسمت زیر آب بدنه قرار می گیرد ، که چندین برابر بیشتر از مقاومت جلو R است.

برنج. 47. باد قوی:
B و - باد واقعی ؛ В Ш - باد از حرکت قایق ؛ В В - باد ظاهری

نیروی D ، با وجود مخالفت بدنه ، هنوز هم قایق را از خط دور می کند. گردآوری شده توسط DP و جهت حرکت واقعی قایق IP
بنابراین ، با انتخاب مطلوب ترین موقعیت صفحه مرکزی قایق و صفحه بادبان نسبت به باد ، می توان بیشترین رانش و کمترین رانش قایق را بدست آورد. ثابت شده است که زاویه بین DP قایق و سطح بادبان باید برابر نصف باشد
هنگام انتخاب موقعیت بادبان نسبت به قایق و باد ، سرپرست قایق نه با باد واقعی ، بلکه با باد ظاهری (ظاهری) هدایت می شود ، جهت آن با نتیجه سرعت حرکت تعیین می شود. قایق و سرعت باد واقعی (شکل 47).

چاقو ، که در مقابل آینده نگری قرار دارد ، به عنوان یک تخته عمل می کند. جریان هوا بین جیب و ساحل پیشین باعث کاهش فشار در طرف سرازیر حفره می شود و بنابراین قدرت کشش آن را افزایش می دهد. این فقط در شرایطی اتفاق می افتد که زاویه بین جیب و لنج قایق کمی بیشتر از زاویه بین جلو و لنج باشد (شکل 48 ، الف).

"باد منصفانه!" - آنها برای همه ملوانان آرزو می کنند ، و این کاملاً بیهوده است: وقتی باد از سمت راست می وزد ، قایق بادبانی نمی تواند حداکثر سرعت را توسعه دهد. این طرح توسط وادیم ژدان ، کاپیتان حرفه ای ، مسابقه دهنده ، برگزار کننده و میزبان رگات های قایقرانی کمک شد. نکات مربوط به نمودار را برای فهمیدن آن بخوانید.

2. رانش بادبان توسط دو عامل ایجاد می شود. اول اینکه باد فقط بادبان ها را فشار می دهد. ثانیاً ، بادبان های مورب نصب شده بر روی اکثر قایق های تفریحی مدرن ، هنگام جریان هوا ، مانند بال هواپیما عمل می کنند و فقط آن را نه به سمت بالا بلکه به سمت جلو هدایت می کند. به دلیل آیرودینامیک ، هوا در قسمت محدب بادبان سریعتر از سمت مقعر حرکت می کند و فشار در خارج بادبان کمتر از داخل است.

3. کل نیروی تولید شده توسط بادبان عمود بر بادبان است. طبق قانون جمع بردار ، می توان نیروی رانش (پیکان قرمز) و نیروی رانش (پیکان سبز) را در آن تشخیص داد.

5. قایق بادبانی برای قایقرانی در مقابل باد ، مانور می دهد: با یک یا طرف دیگر به باد می چرخد ​​و در بخشهایی به جلو حرکت می کند. پرسش های مهم تاکتیک های کاپیتان این است که این حرکت چقدر باید باشد و در چه زاویه ای از باد حرکت می کند.

9. Gulfwind- باد عمود بر جهت حرکت می وزد.

11. Fordewind- همان باد دم از سمت راست می وزد. برخلاف انتظار ، سریعترین مسیر نیست: از بلند شدن بادبان در اینجا استفاده نمی شود و محدودیت تئوری سرعت از سرعت باد فراتر نمی رود. یک کاپیتان با تجربه می داند که چگونه جریانهای نامرئی هوا را به همان شیوه پیش بینی کند

نیروی رانندگی باد

وب سایت ناسا مطالب بسیار جالبی در مورد عوامل مختلف م theثر بر تشکیل بالابر توسط بال هواپیما منتشر کرده است. همچنین مدل های گرافیکی تعاملی وجود دارد که نشان می دهد بالابر نیز می تواند به دلیل انحراف جریان توسط بال متقارن ایجاد شود.

بادبان ، با زاویه ای نسبت به جریان هوا ، آن را منحرف می کند (شکل 1d). با عبور از طرف "بالا" ، مهیب بادبان ، جریان هوا مسیر طولانی تری را طی می کند و مطابق اصل تداوم جریان ، سریعتر از سمت بالا ، "پایین" حرکت می کند. نتیجه این است که فشار کمتری در سمت بادبان بادبان وجود دارد تا در سمت باد.

هنگام حرکت در جهت جلو با حرکت بادبان به صورت عمود بر جهت باد ، میزان افزایش فشار باد نسبت به میزان کاهش فشار در طرف زیر پل بیشتر است ، به عبارت دیگر باد قایق بادبانی را بیشتر از آن فشار می دهد. می کشد. با تندتر شدن قایق به سمت باد ، این نسبت تغییر می کند. بنابراین ، اگر باد عمود بر مسیر قایق بادبانی در حال وزیدن باشد ، افزایش فشار بادبان از سمت باد نسبت به کاهش فشار از سمت مهلکه بر سرعت تأثیر کمتری دارد. به عبارت دیگر ، بادبان قایق بادبانی را بیشتر از آنکه فشار دهد ، می کشد.

حرکت قایق بادبانی به دلیل تعامل باد با بادبان است. تجزیه و تحلیل این تعامل برای بسیاری از تازه واردان به نتایج غیر منتظره ای منجر می شود. به نظر می رسد حداکثر سرعت در زمانی حاصل نمی شود که باد دقیقاً از پشت می وزد ، بلکه آرزوی "باد عقب" معنای کاملاً غیر منتظره ای دارد.

هر دو بادبان و دریانورد ، به ترتیب هنگام تعامل با جریان هوا یا آب ، نیروی بالابری ایجاد می کنند ، بنابراین می توان از نظریه بال برای بهینه سازی عملکرد آنها استفاده کرد.

نیروی رانندگی باد

جریان هوا دارای انرژی جنبشی است و با تعامل با بادبان ها قادر است قایق بادبانی را به حرکت درآورد. کار هر دو بادبان و بال هواپیما طبق قانون برنولی توصیف شده است که بر اساس آن افزایش سرعت جریان منجر به کاهش فشار می شود. هنگام حرکت در هوا ، بال جریان را تقسیم می کند. قسمتی از آن بال را از بالا دور می کند ، قسمتی از پایین. بال هواپیما طوری طراحی شده است که جریان هوا در بالای بال سریعتر از جریان در زیر بال است. نتیجه این است که فشار به طور قابل توجهی بالاتر از بال نسبت به پایین است. تفاوت فشار در بال زدن است (شکل 1a). بال به دلیل شکل پیچیده ای که دارد قادر به ایجاد بالابر حتی زمانی است که جریانی را که به موازات بال حرکت می کند قطع می کند.

بادبان تنها در صورتی می تواند قایق بادبانی را جابجا کند که از ناحیه زاویه داشته باشد و آن را منحرف کند. این س ofال که چه مقدار از بالابر با اثر برنولی مرتبط است و چقدر نتیجه انحراف جریان است بحث برانگیز است. طبق نظریه بال کلاسیک ، بالابر تنها از تفاوت در نرخ جریان بالا و پایین بال نامتقارن ناشی می شود. در عین حال ، به خوبی شناخته شده است که یک بال متقارن همچنین می تواند یک آسانسور ایجاد کند اگر در زاویه خاصی از جریان نصب شود (شکل 1 ب). در هر دو حالت ، زاویه بین خط اتصال دهنده نقاط جلو و عقب بال و جهت جریان را زاویه حمله می نامند.

نیروی بالابری با افزایش زاویه حمله افزایش می یابد ، اما این رابطه فقط در مقادیر کوچک این زاویه کار می کند. به محض اینکه زاویه حمله از سطح بحرانی خاصی فراتر رفت و جریان تجزیه شد ، گردابهای متعددی در سطح بالایی بال ایجاد می شود و نیروی بالابرنده به شدت کاهش می یابد (شکل 1 ج).

قایقرانان می دانند که forewind با سریع ترین مسیر فاصله دارد. اگر باد با قدرت یکسان با زاویه 90 درجه نسبت به مسیر می وزد ، قایق بادبانی بسیار سریعتر حرکت می کند. در یک مسیر جلو ، نیروی فشار باد به بادبان به سرعت قایق تفریحی بستگی دارد. با حداکثر نیرو ، باد بادبان قایق بادبانی را فشار می دهد که بی حرکت است (شکل 2 الف). با افزایش سرعت ، فشار روی بادبان کاهش می یابد و وقتی قایق بادبانی به حداکثر سرعت می رسد حداقل می شود (شکل 2 ب). حداکثر سرعت در مسیر جلو همیشه کمتر از سرعت باد است. دلایل متعددی برای این امر وجود دارد: اولاً اصطکاک ، با هر حرکتی ، بخشی از انرژی را برای غلبه بر نیروهای مختلف که مانع حرکت هستند ، صرف می کند. اما نکته اصلی این است که نیروی فشار باد بر بادبان متناسب با مربع سرعت ظاهری باد است و سرعت ظاهری باد در مسیر جلو با اختلاف سرعت واقعی باد و سرعت قایق بادبانی برابر است. به

قایق های بادبانی Gulfwind (90 درجه به سمت باد) قادر به حرکت سریعتر از باد هستند. در چارچوب این مقاله ، ما در مورد ویژگی های باد ظاهری بحث نمی کنیم ، فقط توجه می کنیم که در مسیر خلیج فارس ، نیروی فشار باد بر بادبانها به سرعت قایق تفریحی بستگی ندارد (شکل 2c).

اصطکاک اصلی ترین عامل جلوگیری از افزایش سرعت است. بنابراین ، قایق های بادبانی با مقاومت کمی در برابر حرکت می توانند به سرعتهای بسیار بیشتر از سرعت باد برسند ، اما نه در یک مسیر جلو. به عنوان مثال ، یک اسکیت ، با توجه به این که مقاومت اسکیت ها در برابر سر خوردن ناچیز است ، می تواند با سرعت باد 50 کیلومتر در ساعت یا حتی کمتر به سرعت 150 کیلومتر در ساعت برسد.

فیزیک قایقرانی توضیح داد: مقدمه

شابک 1574091700 ، 9781574091700

بادهایی که در اقیانوس آرام جنوبی می وزد به سمت غرب... به همین دلیل است که مسیر ما به گونه ای طراحی شده است که قایق بادبانی "ژولیت" از شرق به غرب حرکت می کند ، یعنی باد به عقب می وزد.

با این حال ، اگر به مسیر ما نگاه کنید ، متوجه خواهید شد که اغلب ، برای مثال ، هنگام حرکت از جنوب به شمال از ساموآ به توکلائو ، ما مجبور بودیم عمود بر باد حرکت کنیم. و گاهی جهت باد به کلی تغییر می کرد و مجبور بود بر خلاف باد حرکت کند.

ژولیت روت

در این صورت چه باید کرد؟

کشتی های بادبانی مدتهاست که قادرند در برابر باد حرکت کنند. یاکوف پرلمن کلاسیک مدتها در مورد این موضوع به خوبی و به سادگی در کتاب دوم خود از چرخه فیزیک سرگرم کننده نوشت. من این قطعه را به صورت کلمه به همراه تصاویر در اینجا ذکر می کنم.

"قایقرانی در برابر باد

به سختی می توان تصور کرد که چگونه کشتی های بادبانی می توانند "بر خلاف باد" حرکت کنند - یا به قول ملوانان ، "به باد جانبی" بروند. درست است ، ملوان به شما می گوید که نمی توانید مستقیماً در باد زیر بادبان حرکت کنید ، اما فقط می توانید در جهت باد در زاویه تند حرکت کنید. اما این زاویه کوچک است - حدود یک چهارم زاویه راست - و به نظر می رسد ، شاید به همان اندازه غیرقابل درک باشد: آیا مستقیماً در برابر باد قایقرانی کنیم یا در زاویه 22 درجه نسبت به آن.

اما در عمل ، این امر بی تفاوت نیست و اکنون توضیح خواهیم داد که چگونه نیروی باد می تواند با زاویه ای جزئی به سمت آن حرکت کند. ابتدا نحوه عملکرد باد بر بادبان را در نظر بگیرید ، یعنی وقتی باد را به باد می دهد به کجا فشار می آورد. احتمالاً فکر می کنید باد همیشه بادبان را به سمتی می برد که می وزد. اما اینطور نیست: هرجا باد بوزد ، بادبان را عمود بر صفحه بادبان می راند. در واقع: بگذارید باد در جهتی که با پیکان های شکل زیر نشان داده شده است بوزد. خط AB نشان می دهد بادبان.

باد همیشه بادبان را به زاویه راست به سطح خود هل می دهد.

از آنجا که باد به طور مساوی به تمام سطح بادبان فشار می آورد ، فشار باد را با نیروی R وارد شده به وسط بادبان جایگزین می کنیم. ما این نیرو را به دو قسمت تجزیه می کنیم: نیروی Q عمود بر بادبان و نیروی P که در امتداد آن هدایت می شود (شکل بالا را ببینید ، در سمت راست). آخرین نیروی بادبان را به هیچ جا نمی رساند ، زیرا اصطکاک باد بر روی بوم ناچیز است. نیروی Q باقی می ماند که بادبان را در زاویه ای راست به سمت خود می راند.

با دانستن این موضوع ، ما به راحتی می توانیم دریابیم که چگونه یک کشتی بادبانی می تواند با زاویه تند به سمت باد حرکت کند. اجازه دهید خط KK نشان دهنده خط کویل کشتی باشد.

چگونه می توانید در برابر باد قایقرانی کنید.

باد با زاویه ای شدید به این خط در جهت مشخص شده توسط ردیف فلش ها می وزد. خط AB نشان دهنده بادبان است. آن را طوری قرار داده اند که صفحه آن زاویه بین جهت کویل و جهت باد را به دو نیم تقسیم کند. تجزیه نیروها را در شکل دنبال کنید. ما فشار باد بر بادبان را با نیروی Q نشان می دهیم ، که ، می دانیم ، باید عمود بر بادبان باشد. ما این نیرو را به دو قسمت تجزیه می کنیم: نیروی R عمود بر میلگرد و نیروی S که به جلو حرکت می کند ، در امتداد خط کویل کشتی. از آنجا که حرکت کشتی در جهت R با مقاومت شدید آب مواجه می شود (دریچه در کشتی های بادبانی بسیار عمیق می شود) ، نیروی R تقریباً به طور کامل با مقاومت آب متعادل می شود. فقط یک نیروی S وجود دارد که همانطور که می بینید به جلو هدایت می شود و بنابراین ، کشتی را با زاویه ای حرکت می کند ، گویی به سمت باد. [می توان استدلال کرد که S زمانی بیشترین اهمیت را دارد که صفحه بادبان زاویه بین جهت و باد را به نصف برساند.] به طور معمول ، این حرکت به صورت زیگزاگ انجام می شود ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. در زبان ملوانان ، این حرکت کشتی را به معنی باریک این کلمه "tacking" می نامند. "

اکنون بیایید همه جهت های احتمالی باد را نسبت به مسیر قایق در نظر بگیریم.

نمودار مسیر کشتی نسبت به باد ، یعنی زاویه بین جهت باد و بردار از سمت راست تا کمان (سرفصل).

هنگامی که باد به صورت می وزد (leventik) ، بادبان ها از یک طرف به طرف دیگر آویزان می شوند و حرکت با بادبان غیرممکن است. البته همیشه می توانید بادبانها را پایین بیاورید و موتور را روشن کنید ، اما این هیچ ربطی به قایقرانی ندارد.

هنگامی که باد دقیقاً در عقب (باد جلو ، باد عقب) می وزد ، مولکول های هوا پراکنده از یک طرف به بادبان فشار وارد می کنند و قایق حرکت می کند. در این حالت ، کشتی فقط می تواند کندتر از سرعت باد حرکت کند. قیاس دوچرخه سواری در باد در اینجا کار می کند - باد در عقب می وزد و رکاب زدن راحت تر است.

هنگام حرکت در برابر باد (beydewind) ، بادبان حرکت می کند نه به دلیل فشار مولکول های هوا بر بادبان از عقب ، در مورد باد پیشین ، بلکه به دلیل بالابری که به دلیل سرعت های مختلف هوا از هر دو طرف ایجاد می شود. در امتداد بادبان در عین حال ، به دلیل وجود قایق ، قایق در جهت عمود بر مسیر قایق حرکت نمی کند ، بلکه فقط به جلو حرکت می کند. یعنی بادبان در این مورد یک چتر نیست ، مانند مورد حمل و نقل جانبی ، بلکه یک بال هواپیما است.

در طول گذرگاههای خود ، ما عمدتا در عقب راه و بادهای خلیج با سرعت متوسط ​​7-8 گره با سرعت باد 15 گره راه می رفتیم. گاهی اوقات ما بر خلاف باد ، Gulfwind و Beydewind می رفتیم. و وقتی باد خاموش شد ، موتور را روشن کردند.

به طور کلی ، یک قایق با بادبان که بر خلاف باد حرکت می کند یک معجزه نیست ، بلکه یک واقعیت است.

جالب ترین چیز این است که قایق ها می توانند نه تنها در برابر باد ، بلکه حتی سریعتر از باد قدم بزنند. این اتفاق زمانی می افتد که قایق در حال عقب نشینی است و "باد خودش" را ایجاد می کند.