Ruský básnik Michail Jurijevič Lermontov miloval more a vo svojich dielach ho často spomínal. O bielení napísal úžasnú báseň plachtiť, ktorý sa rúti medzi vlnami v ďalekom mori. Lermontovovu báseň zrejme poznáte, pretože toto sú najznámejšie poetické črty o plachetniciach. Pri ich čítaní si možno predstaviť rozbúrené more a nádherné lode medzi jeho vlnami. Vietor rozfúka plachty. A vďaka sile vetra sa lode pohybujú vpred. Ako však zvládajú plachetnice plávať proti vetru?

Aby ste na to mohli odpovedať, musíte sa najprv naučiť neznáme slovo. "pripnúť".Halsom je smer pohybu plavidla vzhľadom na vietor. Pripináčik môže byť ľavotočivý, keď vietor fúka zľava, alebo pravotočivý, keď vietor fúka sprava. Je tiež dôležité poznať druhý význam slova "cvaknutie" - je to časť cesty, alebo skôr jej segmentu, ktorým plachetnica prechádza, keď sa pohybuje. proti vetru... Pamätáte si?

Teraz, aby sme pochopili, ako dokážu plachetnice plávať proti vetru, poďme sa zaoberať plachtami. Prichádzajú v rôznych tvaroch a veľkostiach na plachetnici - rovné a šikmé... A každý si robí svoju prácu. Keď fúka protivietor, loď je riadená pomocou šikmých plachiet, ktoré sa otáčajú na jednu alebo druhú stranu.

Po nich sa loď otáča jedným alebo druhým smerom. Otočí sa a kráča vpred. Námorníci nazývajú toto hnutie - variabilná priľnavosť... Jeho podstata spočíva v tom, že vietor tlačí na šikmé plachty a odfukuje loď mierne do strán a dopredu. Kormidlo plachetnice jej nedovolí úplne sa otočiť a zruční námorníci včas uvedú plachty do pohybu a menia svoju polohu. Takže, v malých cikcakoch, a pohybuje sa vpred.

Samozrejme, variabilné naklonenie je veľmi náročné pre celú posádku plachetnice. Ale námorníci sú ostrieľaní chlapi. Neboja sa ťažkostí a majú veľmi radi more.

4.4. Pôsobenie vetra na plachte

Loď pod plachtou ovplyvňujú dve médiá: prúdenie vzduchu pôsobiace na plachtu a povrch lode a voda pôsobiaca na podvodnú časť lode.

Vďaka tvaru plachty sa čln môže pohybovať vpred aj pri najnepriaznivejšom vetre (naklonený). Plachta pripomína krídlo, ktorého najväčšie vychýlenie je 1 / 3-1 / 4 šírky plachty od lemu a má hodnotu 8-10 % šírky plachty (obr. 44).

Ak sa vietor v smere B (obr. 45, a) stretne na svojej ceste s plachtou, ohne sa okolo nej z oboch strán. Na náveternej strane plachty je tlak vyšší (+) ako na záveternej (-). Výslednica tlakových síl vytvára silu P nasmerovanú kolmo na rovinu plachty alebo tetivu prechádzajúcu predným lemom a zadným lemom a pôsobiacu na stred plachty CP (obr. 45, b).

Ryža. 44. Profil plachty:
B - šírka plachty pozdĺž tetivy

Ryža. 45. Sily pôsobiace na plachtu a trup lode:
a - vplyv vetra na plachtu; b - vplyv vetra na plachtu a vody na trup lode

Ryža. 46.Správna poloha plachty v rôznych smeroch vetra: a - beydewind; b - morský vietor; c - predklon

Sila P sa rozkladá na prítlačnú silu T, ktorá je nasmerovaná rovnobežne so stredovou rovinou (DP) lode, čo núti loď pohybovať sa dopredu, a driftovú silu D, smerujúcu kolmo na DP, čo spôsobuje, že loď sa unáša a kotúľa. .

Sila P závisí od rýchlosti a smeru vetra vzhľadom na plachtu. Viac
Ak
Vplyv vody na loď do značnej miery závisí od obrysov jej podvodnej časti.

Napriek tomu, že pri bočnom vetre driftová sila D prevyšuje náporovú silu T, čln má zdvih dopredu. To je ovplyvnené bočným odporom R 1 podvodnej časti trupu, ktorý je mnohonásobne väčší ako čelný odpor R.

Ryža. 47. Vlajkový vietor:
B A - skutočný vietor; В Ш - vietor z pohybu lode; В В - zdanlivý vietor

Sila D napriek opozícii trupu napriek tomu odhodí loď z čiary kurzu. Zostavené podľa DP a smeru skutočného pohybu lode IP
Tak možno dosiahnuť najväčší ťah a najmenší drift člna výberom najpriaznivejšej polohy stredovej roviny člna a roviny plachty vzhľadom na vietor. Je stanovené, že uhol medzi DP lode a rovinou plachty by sa mal rovnať polovici
Pri voľbe polohy plachty voči lodi a vetru sa predák lode neriadi skutočným, ale zdanlivým (zdanlivým) vetrom, ktorého smer je určený výslednicou rýchlosti lode a skutočná rýchlosť vetra (obr. 47).

Sekáčik, umiestnený pred priezorom, funguje ako lamela. Prúdenie vzduchu medzi výložníkom a pobrežím znižuje tlak na záveternú stranu pobrežia a tým zvyšuje jeho ťažnú silu. To sa deje len za podmienky, že uhol medzi výložníkom a DP člna je o niečo väčší ako uhol medzi prednou a DP člna (obr. 48, a).

"Slušný vietor!" - prajú všetkým námorníkom a je to úplne márne: keď vietor fúka od kormy, jachta nie je schopná vyvinúť maximálnu rýchlosť. S touto schémou pomohol Vadim Zhdan, profesionálny kapitán, pretekár, organizátor a hostiteľ jachtárskych regát. Prečítajte si popisy na diagrame, aby ste na to prišli.

2. Ťah plachty je spôsobený dvoma faktormi. Po prvé, vietor len tlačí na plachty. Po druhé, šikmé plachty inštalované na väčšine moderných jácht, keď prúdia vzduchom, fungujú ako krídlo lietadla a iba to nie je nasmerované nahor, ale dopredu. Vďaka aerodynamike sa vzduch na konvexnej strane plachty pohybuje rýchlejšie ako na konkávnej strane a tlak na vonkajšiu stranu plachty je menší ako na vnútornú.

3. Celková sila generovaná plachtou je kolmá na plachtu. Podľa pravidla sčítania vektorov je možné v ňom rozlíšiť driftovú silu (červená šípka) a prítlačnú silu (zelená šípka).

5. Aby sa jachta plavila striktne proti vetru, manévruje: otáča sa proti vetru jednou alebo druhou stranou, pohybuje sa dopredu po segmentoch - cvočky. Ako dlho by mal byť smer a pod akým uhlom proti vetru ísť, sú dôležité otázky taktiky kapitána.

9. Gulfwind- vietor fúka kolmo na smer jazdy.

11. Fordewind- rovnaký zadný vietor fúkajúci z kormy. Oproti očakávaniam nejde o najrýchlejší kurz: nepoužíva sa tu zdvih plachty a teoretická hranica rýchlosti nepresahuje rýchlosť vetra. Skúsený skipper vie predpovedať neviditeľné prúdy vzduchu rovnako ako

HNACIA SILA VETRA

Stránka NASA zverejnila veľmi zaujímavé materiály o rôznych faktoroch ovplyvňujúcich vznik vztlaku krídlom lietadla. Existujú aj interaktívne grafické modely, ktoré demonštrujú, že vztlak môže byť generovaný aj symetrickým krídlom v dôsledku vychýlenia prúdenia.

Plachta, ktorá je v uhle k prúdu vzduchu, ju vychyľuje (obr. 1d). Prúd vzduchu, ktorý prichádza cez „hore“, záveternú stranu plachty, urazí dlhšiu dráhu a v súlade s princípom kontinuity prúdenia sa pohybuje rýchlejšie ako zo strany proti vetru, „dole“. Výsledkom je menší tlak na záveternú stranu plachty ako na náveternú stranu.

Pri plavbe na prednom vetre s plachtou nastavenou kolmo na smer vetra je rýchlosť nárastu tlaku proti vetru väčšia ako rýchlosť poklesu tlaku na záveternej strane, inými slovami, vietor tlačí jachtu viac ako ťahá. Keď sa loď bude ostrejšie otáčať smerom k vetru, tento pomer sa zmení. Ak teda vietor fúka kolmo na kurz jachty, zvýšenie tlaku na plachtu z protiveternej strany má menší vplyv na rýchlosť ako zníženie tlaku zo záveternej strany. Inými slovami, plachta jachtu viac ťahá ako tlačí.

Pohyb jachty je spôsobený tým, že vietor interaguje s plachtou. Analýza tejto interakcie vedie k neočakávaným, pre mnohých nováčikov, výsledkom. Ukazuje sa, že maximálna rýchlosť sa nedosiahne, keď vietor fúka presne zozadu, ale želanie „zadného vetra“ má úplne neočakávaný význam.

Plachta aj kýl pri interakcii s prúdením vzduchu alebo vody vytvárajú vztlak, preto je možné použiť teóriu krídel na optimalizáciu ich výkonu.

HNACIA SILA VETRA

Prúd vzduchu má kinetickú energiu a vďaka interakcii s plachtami je schopný poháňať jachtu. Činnosť plachiet aj krídla lietadla popisuje Bernoulliho zákon, podľa ktorého zvýšenie rýchlosti prúdenia vedie k zníženiu tlaku. Pri pohybe vo vzduchu krídlo rozdeľuje prúdenie. Časť obchádza krídlo zhora, časť zdola. Krídlo lietadla je navrhnuté tak, aby prúdenie vzduchu cez hornú časť krídla bolo rýchlejšie ako prúdenie pod spodnou časťou krídla. Výsledkom je výrazne nižší tlak nad krídlom ako pod ním. Rozdiel v tlaku je zdvih krídla (obr. 1a). Vďaka svojmu zložitému tvaru je krídlo schopné generovať vztlak, aj keď prerezáva prúd, ktorý sa pohybuje rovnobežne s rovinou krídla.

Plachta dokáže pohnúť jachtou iba vtedy, ak je v určitom uhle k prúdu a vychyľuje ho. Otázka, aká veľká časť vztlaku je spojená s Bernoulliho efektom a nakoľko je výsledkom vychýlenia prúdenia, zostáva kontroverzná. Podľa klasickej teórie krídla vztlak vzniká výlučne z rozdielu prietokov nad a pod asymetrickým krídlom. Zároveň je dobre známe, že aj symetrické krídlo je schopné vytvárať vztlak, ak je inštalované pod určitým uhlom k prúdeniu (obr. 1b). V oboch prípadoch sa uhol medzi čiarou spájajúcou predný a zadný bod krídla a smerom prúdenia nazýva uhol nábehu.

Sila zdvihu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa uhlom nábehu, ale tento vzťah funguje len pri malých hodnotách tohto uhla. Len čo uhol nábehu prekročí určitú kritickú úroveň a prúdenie sa rozpadne, na hornej ploche krídla sa vytvoria početné víry a vztlaková sila sa prudko zníži (obr. 1c).

Jachtári vedia, že predný vietor nie je ani zďaleka najrýchlejší kurz. Ak vietor rovnakej sily fúka pod uhlom 90 stupňov k kurzu, loď sa bude pohybovať oveľa rýchlejšie. Na kurze pred vetrom závisí sila, ktorou vietor tlačí na plachtu, od rýchlosti jachty. Vietor maximálnou silou tlačí na plachtu stojacej jachty (obr. 2a). So zvyšujúcou sa rýchlosťou tlak na plachtu klesá a stáva sa minimálnym, keď jachta dosiahne maximálnu rýchlosť (obr. 2b). Maximálna rýchlosť na kurze pred vetrom je vždy nižšia ako rýchlosť vetra. Existuje na to niekoľko dôvodov: po prvé, trenie, pri akomkoľvek pohybe sa určitá časť energie vynakladá na prekonávanie rôznych síl, ktoré pohyb bránia. Ale hlavná vec je, že sila, ktorou vietor tlačí na plachtu, je úmerná druhej mocnine zdanlivej rýchlosti vetra a zdanlivá rýchlosť vetra na smere pred vetrom sa rovná rozdielu medzi skutočnou rýchlosťou vetra a rýchlosťou jachty. .

Plachetné jachty smerujúce do Gulfwindu (90º proti vetru) sa dokážu pohybovať rýchlejšie ako vietor. V rámci tohto článku nebudeme rozoberať vlastnosti zdanlivého vetra, len poznamenáme, že na kurze gulfwind je sila, ktorou vietor tlačí na plachty, menej závislá od rýchlosti jachty (obr. 2c).

Trenie je hlavným faktorom, ktorý bráni zvýšeniu rýchlosti. Preto sú plachetnice s malým odporom voči pohybu schopné dosiahnuť rýchlosť oveľa vyššiu ako je rýchlosť vetra, ale nie na kurze pred vetrom. Napríklad korčule, vďaka tomu, že korčule majú zanedbateľný šmykový odpor, sú schopné zrýchliť na rýchlosť 150 km/h pri rýchlosti vetra 50 km/h alebo aj menej.

Vysvetlenie fyziky plachtenia: Úvod

ISBN 1574091700, 9781574091700

Vetry, ktoré fúkajú v južnom Pacifiku smerom na západ... Preto bola naša trasa navrhnutá tak, aby sa plachetnica „Juliet“ pohybovala z východu na západ, teda aby vietor fúkal do chrbta.

Keď sa však pozriete na našu trasu, všimnete si, že často sme sa napríklad pri presune z juhu na sever zo Samoy do Tokelau museli pohybovať kolmo na vietor. A niekedy sa smer vetra úplne zmenil a musel ísť proti vetru.

Júliina cesta

Čo robiť v tomto prípade?

Plachetnice sa už dlho vedia plaviť proti vetru. Dlho dobre a jednoducho o tom písal klasik Yakov Perelman vo svojej Druhej knihe z cyklu Zábavná fyzika. Tento článok tu citujem doslovne s obrázkami.

„Plavba proti vetru

Je ťažké si predstaviť, ako môžu plachetnice ísť „proti vetru“ – alebo, povedané slovami námorníkov, ísť „bočným vetrom“. Je pravda, že námorník vám povie, že pod plachtami nemôžete ísť priamo proti vetru, ale môžete sa pohybovať iba v ostrom uhle k smeru vetra. Ale tento uhol je malý - asi štvrtina pravého uhla - a zdá sa, že možno rovnako nepochopiteľné: či plávať priamo proti vetru alebo pod uhlom 22 ° k nemu.

V skutočnosti to však nie je ľahostajné a my si teraz vysvetlíme, ako k nemu môže ísť sila vetra pod miernym uhlom. Najprv zvážte, ako vietor pôsobí na plachtu vo všeobecnosti, teda kde tlačí plachtu, keď na ňu fúka. Pravdepodobne si myslíte, že vietor vždy tlačí plachtu smerom, ktorým fúka. Ale nie je to tak: kdekoľvek vietor fúka, tlačí plachtu kolmo na rovinu plachty. Skutočne: nechajte vietor fúkať v smere označenom šípkami na obrázku nižšie; čiara AB predstavuje plachtu.

Vietor vždy tlačí plachtu v pravom uhle k jej rovine.

Keďže vietor tlačí rovnomerne na celú plochu plachty, nahrádzame tlak vetra silou R pôsobiacou na stred plachty. Túto silu rozložíme na dve časti: sila Q kolmá na plachtu a sila P smerujúca pozdĺž nej (pozri obrázok vyššie vpravo). Posledná sila plachtu nikam netlačí, keďže trenie vetra o plátno je zanedbateľné. Zostáva sila Q, ktorá k nej tlačí plachtu v pravom uhle.

Keď to vieme, ľahko pochopíme, ako môže plachetnica ísť pod ostrým uhlom smerom k vetru. Nech čiara KK predstavuje líniu kýlu plavidla.

Ako sa dá plaviť proti vetru.

Vietor fúka v ostrom uhle k tejto čiare v smere označenom radom šípok. Čiara AB predstavuje plachtu; je umiestnená tak, že jej rovina rozpolí uhol medzi smerom kýlu a smerom vetra. Sledujte rozklad síl na obrázku. Tlak vetra na plachtu predstavujeme silou Q, ktorá, ako vieme, musí byť kolmá na plachtu. Túto silu rozložíme na dve časti: sila R, kolmá na kýl, a sila S, smerujúca dopredu, pozdĺž línie kýlu plavidla. Keďže pohyb lode v smere R naráža na silný odpor vody (kýl na plachetniciach sa stáva veľmi hlbokým), sila R je takmer úplne vyvážená odporom vody. Existuje len jedna sila S, ktorá, ako vidíte, smeruje dopredu, a preto pohybuje loďou pod uhlom, akoby proti vetru. [Sila S môže byť najväčšia, keď rovina plachty zníži na polovicu uhol medzi kýlom a smerom vetra.]. Typicky sa tento pohyb vykonáva cikcakom, ako je znázornené na obrázku nižšie. V jazyku námorníkov sa tento pohyb lode nazýva "prichytávanie" v užšom zmysle slova."

Uvažujme teraz o všetkých možných smeroch vetra vzhľadom na kurz lode.

Diagram kurzu lode vo vzťahu k vetru, to znamená uhol medzi smerom vetra a vektorom od kormy po provu (smer).

Keď vietor fúka do tváre (leventik), plachty visia zo strany na stranu a s plachtou sa nedá pohnúť. Samozrejme, vždy môžete spustiť plachty a zapnúť motor, ale to nemá nič spoločné s plachtením.

Keď vietor fúka priamo do chrbta (predný vietor, zadný vietor), rozptýlené molekuly vzduchu vyvíjajú tlak na plachtu z jednej strany a loď sa pohybuje. V tomto prípade sa plavidlo môže pohybovať len pomalšie, ako je rýchlosť vetra. Funguje tu obdoba bicyklovania vo vetre – vietor fúka do chrbta a ľahšie sa šliape do pedálov.

Pri pohybe proti vetru (beydewind) sa plachta nepohybuje kvôli tlaku molekúl vzduchu na plachtu zozadu, ako pri predvetre, ale kvôli vztlaku, ktorý vzniká v dôsledku rozdielnych rýchlostí vzduchu z oboch strán. pozdĺž plachty. Zároveň sa loď vďaka kýlu nepohybuje v smere kolmom na kurz lode, ale iba dopredu. To znamená, že plachta v tomto prípade nie je dáždnik, ako v prípade bočného záťahu, ale krídlo lietadla.

Počas našich prechodov sme išli hlavne backstay a gulfwinds priemernou rýchlosťou 7-8 uzlov s rýchlosťou vetra 15 uzlov. Niekedy sme išli proti vetru, Gulfwind a Beydewind. A keď vietor utíchol, zapli motor.

Vo všeobecnosti loď s plachtou idúcou proti vetru nie je zázrak, ale realita.

Najzaujímavejšie je, že člny môžu ísť nielen proti vetru, ale dokonca rýchlejšie ako vietor. Stáva sa to, keď sa loď vzďaľuje a vytvára „vlastný vietor“.