4.4. Pôsobenie vetra na plachtu
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 aj pri najnepriaznivejšom vetre (badwind) môže loď pohybovať vpred. Plachta pripomína krídlo, ktorého najväčšia výchylka je 1/3-1/4 šírky plachty smerom od lemu a má hodnotu 8-10% šírky plachty (obr. 44).
Ak sa vietor, ktorý má smer B (obr. 45, a), na ceste stretne s plachtou, obehne ju z dvoch strán. Na náveternej strane plachty je tlak vyšší (+) ako na záveternej strane (-). Výslednica tlakových síl vytvára silu P smerujúcu kolmo na rovinu plachty alebo tetivu prechádzajúcu cez predné a zadné zadné lemy a pôsobiacu na stred vetra CPU (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 - naklonená; b - morský vietor; in - džob
Sila P sa rozkladá na prítlačnú silu T, smerujúcu rovnobežne so stredovou rovinou (DP) člna, čo núti čln pohybovať sa dopredu, a unášaciu silu D, smerujúcu kolmo na DP, čo spôsobuje unášanie a rolovanie člna.
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 vetre driftová sila D prevyšuje ťahovú silu T, čln sa pohybuje vpred. Tu pôsobí bočný odpor R 1 podvodnej časti trupu, ktorý je mnohonásobne väčší ako čelný odpor R.
Ryža. 47. Vlajkový vietor:
V I - skutočný vietor; В Ш - vietor z pohybu lode; B B - vlajkový vietor
Sila D, napriek odporu trupu, napriek tomu vyhodí loď z čiary kurzu. Zostavil DP a smer skutočného pohybu lode IP
Tak možno najväčší ťah a najmenší drift lode dosiahnuť výberom najpriaznivejšej polohy stredovej roviny lode 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 DP a vetru sa predák lode neriadi skutočným, ale vlajkovým (zdanlivým) vetrom, ktorého smer je určený výslednicou rýchlosti lode a rýchlosti skutočného vetra (obr. 47).
Výložník, ktorý sa nachádza pred prednou časťou, zohráva úlohu lamely. Prúd vzduchu prechádzajúci medzi výložníkom a prednou plachtou znižuje tlak na záveternej strane prednej plachty a tým zvyšuje jej hnaciu silu. To sa deje len za predpokladu, že uhol medzi výložníkom a DP lode je o niečo väčší ako uhol medzi prednou a DP (obr. 48, a).
Vplyv vetra na loď je určený jeho smerom a silou, tvarom a veľkosťou plochy plachty lode, umiestnením stredu plachty, hodnotami ponoru, náklonu a trimu.
Pôsobenie vetra v rámci smerových uhlov 0-110° spôsobuje stratu rýchlosti a pri veľkých smerových uhloch a sile vetra nie viac ako 3-4 body - niektoré z jeho prírastkov.
Pôsobenie vetra v rozmedzí 30-120° je sprevádzané driftom a náklonom vetra.
Pohybujúca sa loď je ovplyvnená relatívnym (zdanlivým) vetrom, čo súvisí so skutočnými nasledujúcimi vzťahmi (obr. 7.1) (2):
kde Vi je skutočná rýchlosť vetra, m/s;
VK - zdanlivá rýchlosť vetra, m/s;
V0 - rýchlosť lode, m/s;
βo-uhol driftu lode, deg.
Yk - zdanlivý uhol vetra;
Yi je uhol skutočného vetra.
Špecifický tlak vetra na lodi v kgf / m sa vypočíta podľa vzorca
Kde W - rýchlosť vetra, m/s.
Ryža. 7.1. Závislosť skutočného a zdanlivého vetra
Ryža. 7.2. akčný moment päty
Takže počas hurikánu, keď rýchlosť vetra dosiahne 40-50 m/s, veľkosť zaťaženia vetrom dosahuje 130-200 kgf/m2.
Celkový tlak vetra na loď sa určí z výrazu P = pΩ, kde je plocha plachty lode.
Hodnota klopného momentu Mkr (obr. 7.2) v kgf m pre prípad ustáleného pohybu a pôsobenia tlakovej sily vetra P, kolmo na DP lode, sa určí z výrazu.
kde zn je ordináta stredu plachty, m;
T je priemerný ponor lode, m.
Najvýraznejší vplyv na loď má drsnosť mora. Sprevádza ho pôsobenie výrazného dynamického zaťaženia na trup a nakláňanie lode. Pri plavbe vo vlnách sa zvyšuje odpor trupu lode a zhoršujú sa podmienky pre spoločnú činnosť vrtúľ, trupu a hlavných motorov.
Ryža. 7.3. Vlnové prvky
V dôsledku toho klesá rýchlosť, zvyšuje sa zaťaženie hlavných strojov, zvyšuje sa spotreba paliva a znižuje sa dosah lode. Tvar a veľkosť vĺn charakterizujú nasledujúce prvky (obr. 7.3):
Výška vlny h - vertikálna vzdialenosť od vrcholu k spodnej časti vlny;
Vlnová dĺžka λ je horizontálna vzdialenosť medzi dvoma susednými hrebeňmi alebo chodidlami;
Perióda vlny t je časový interval, počas ktorého vlna prejde vzdialenosť rovnajúcu sa jej dĺžke (3);
Rýchlosť vlny C je vzdialenosť, ktorú vlna prejde za jednotku času.
Podľa pôvodu sa vlny delia na veterné, prílivové, anemobarické, zemetrasné (tsunami) a lodné vlny. Najbežnejšie sú veterné vlny. Existujú tri typy vĺn: vietor, vlnenie a zmiešané. Vyvíjajú sa veterné vlny, sú pod priamym vplyvom vetra, na rozdiel od vlnobitia, čo je zotrvačná vlna, alebo vlna spôsobená búrkovým vetrom fúkajúcim v odľahlej oblasti. Profil vlny vetra nie je symetrický. Jeho záveterná strana je strmšia ako náveterná. Na vrcholoch veterných vĺn sa vytvárajú hrebene, ktorých vrcholy sa pôsobením vetra zrútia, tvoria penu (jahňatá) a pri silnom vetre sa odlamujú. Smer vetra a smer veterných vĺn na otvorenom mori sa spravidla zhodujú alebo líšia o 30 - 40 °. Veľkosti veterných vĺn závisia od rýchlosti vetra a dĺžky jeho dopadu, dĺžky dráhy prúdenia vetra nad vodnou hladinou a hĺbky danej oblasti (tabuľka 7.1).
TABUĽKA 7.1. MAXIMÁLNE HODNOTY VLNOVÝCH PRVKOV PRE HĽBNÉ MORE (H/Λ > 1/2)
Najintenzívnejší rast vlny je pozorovaný pri pomere C/W< 0,4-0,5. Дальнейшее увеличение этого отношения сопровождается уменьшением роста волн. Поэтому волны опасны не в момент наибольшего ветра, а при последующем его ослаблении.
Na približné výpočty priemernej výšky vlny ustálenej oceánskej vlny sa používajú tieto vzorce:
S vetrom do 5 bodov
S vetrom nad 5
Kde B je sila vetra v bodoch na Beaufortovej stupnici (§ 23.3).
V podmienkach rozvinutých vĺn dochádza k interferencii jednotlivých vĺn (do 2% z celkového počtu a viac), ktoré dosahujú maximálny rozvoj a prekračujú priemernú výšku vĺn dvoj- až trojnásobne. Takéto vlny sú obzvlášť nebezpečné.
K superpozícii jedného vlnového systému na druhý dochádza najintenzívnejšie pri zmene smeru vetra, častom striedaní búrkových vetrov a pred frontom tropických cyklón (4).
Energia vyvinutých vĺn je extrémne vysoká. Pre loď ležiacu v driftu možno dynamický účinok vĺn určiť z výrazu p=0,1 τ², kde τ je skutočná perióda vlny, s.
Takže pre periódy vĺn približne 6-10 s môže hodnota P dosiahnuť pôsobivé hodnoty (3,6-10 t/m²).
Keď sa loď pohybuje proti vlne, dynamický efekt vĺn sa zvýši úmerne druhej mocnine rýchlosti lode, vyjadrenej v metroch za sekundu.
Vlnová dĺžka v metroch, rýchlosť v metroch za sekundu a perióda v sekundách súvisia s nasledujúcimi vzťahmi:
Prakticky sa pohybujúca loď spĺňa nie skutočnú, ale relatívnu (zdanlivú) periódu vlny τ", ktorá je určená z výrazu
Kde a je uhol sklonu čela hrebeňa vlny, meraný pozdĺž ktorejkoľvek strany.
Plus sa vzťahuje na prípad pohybu proti vlne, mínus - pozdĺž vlny.
Pri zmene kurzu sa loď nachádza vzhľadom na zníženú vlnovú dĺžku λ ":
Povaha náklonu lode má zložitý vzťah medzi prvkami vĺn (h, λ, τ a C) a prvkami lode (L, D, T1,2 a δ).
Bezpečnosť lode z hľadiska stability je daná nielen jej konštrukciou a rozložením nákladu, ale aj jej kurzom a rýchlosťou. V podmienkach rozvinutých vĺn sa tvar prevádzkovej vodorysky neustále mení. Podľa toho sa mení tvar ponorenej časti trupu, ramená tvarovej stability a vratné momenty.
Pobyt lode na dne vlny je sprevádzaný nárastom momentov na obnovenie. Pobyt lode (najmä dlhý čas) na hrebeni vlny je nebezpečný a môže viesť k prevrhnutiu. Najnebezpečnejší je rezonančný valec, v ktorom sa perióda vlastných kmitov lode T1,2 rovná viditeľnej (pozorovanej) perióde vlny?“ Charakter palubného rezonančného valenia je znázornený na obr. 7.4.< T1 /τ" < 1,3
Rezonančné chvenie je obzvlášť nebezpečné, keď je loď umiestnená s oneskorením voči vlne.
Keď loď sleduje kurz proti vlne, straty rýchlosti sa výrazne zvyšujú, končatiny sú odkryté a otáčky prudko skočia. Nárazy vĺn v spodnej časti provy (fenomén „slemmingu“) môžu viesť k deformácii trupu a narušeniu jednotlivých mechanizmov a zariadení od základov.
Pri sledovaní vlny je loď menej náchylná na nárazy vĺn. Jeho sledovanie po vlne rýchlosťou blízkou rýchlosti vlny VK = (0,6--1,4) C (loď si „osedlala“ vlnu) však vedie k prudkej strate bočnej stability v dôsledku zmeny tvaru a plochy aktívnej vodorysky, čo vedie k vzniku gyroskopického momentu pôsobiaceho v rovine vodorysky a výrazne zhoršuje ovládateľnosť lode.
Ryža. 7.4. rezonančný valec
Najnebezpečnejšia je plavba malej lode na krásnom mori, keď λ=L lode a VK=C.
Yu.V. Remeza
Univerzálny rolovací diagram určuje závislosť pozorovaných prvkov vĺn od zmien prvkov pohybu lode.
Diagram sa vypočíta podľa vzorca
Kde V je rýchlosť lode, uzly.
Diagram určuje vzťah medzi X a V sin a pri rôznych hodnotách m. Je zostavený s ohľadom na prevládajúci vlnový systém, ktorý je možné rozlíšiť v akejkoľvek vlne a má najvýznamnejší vplyv na rolovanie lode (§ 23.4). Univerzálny diagram je možné použiť len v oblastiach s dostatočne veľkou hĺbkou (viac ako 0,4X vlny).
Použitie univerzálneho diagramu pitchingu vám umožňuje vyriešiť tieto hlavné úlohy:
- určiť kurz a rýchlosť, ktorou sa loď môže dostať do polohy rezonančného valenia (kýlu a boku);
Určite vlnovú dĺžku v navigačnej oblasti;
Určite sektory kurzu a rozsahy rýchlostí, pri ktorých loď zažije silné rolovanie, takmer rezonančné;
Určite kurzy a rýchlosti, pri ktorých bude loď v stave najnebezpečnejšej zníženej bočnej stability;
Určte kurzy a rýchlosti, ktorými loď zažije fenomén „buchnutia“.
(1) Ďalší nárast vetra je sprevádzaný veternými vlnami, ktoré znižujú rýchlosť lode.
(2) Súradnice skutočného vetra sú spojené so zemou a zdanlivý vietor s loďou.
(3) V praxi k pohybu vodných častíc veterných vĺn dochádza po dráhach tvarovo blízkych kružnici alebo elipse Pohybuje sa len vlnový profil.
(4) O povahe tvorby vĺn a jej vzťahu s veternými prvkami sa podrobne diskutuje v priebehu oceánografie.
Myslím si, že mnohí z nás by využili možnosť ponoriť sa do morskej priepasti na nejakom podvodnom dopravnom prostriedku, no aj tak by väčšina uprednostnila plavbu po mori na plachetnici. Keď neboli lietadlá ani vlaky, boli len plachetnice. Bez nich by svet nebol rovnaký.
Plachetnice s rovnými plachtami priviedli Európanov do Ameriky. Ich stabilné paluby a priestranné podpalubia priniesli mužov a zásoby na stavbu Nového sveta. Ale tieto staroveké lode mali aj svoje obmedzenia. Pohybovali sa pomaly a takmer rovnakým smerom po vetre. Odvtedy sa veľa zmenilo. Dnes sa používajú úplne iné princípy ovládania sily vetra a vĺn. Ak teda chcete jazdiť na modernom, budete sa musieť naučiť fyziku.
Moderné plachtenie nie je len pohyb vetrom, je to niečo, čo ovplyvňuje plachtu a núti ju lietať ako krídlo. A toto neviditeľné „niečo“ sa nazýva zdvíhacia sila, ktorú vedci nazývajú laterálna sila.
Pozorný pozorovateľ si nemohol nevšimnúť, že bez ohľadu na to, odkiaľ vietor fúka, plachetnica sa vždy pohybuje tam, kam kapitán potrebuje – aj keď je protivietor. Aké je tajomstvo takejto úžasnej kombinácie tvrdohlavosti a poslušnosti.
Mnohí si ani neuvedomujú, že plachta je krídlo a princíp fungovania krídla a plachty je rovnaký. Vychádza zo zdvíhacej sily, len ak vztlaková sila krídla lietadla pomocou protivetra tlačí lietadlo hore, potom vertikálne umiestnená plachta nasmeruje plachetnicu dopredu. Aby sme to vysvetlili z vedeckého hľadiska, je potrebné vrátiť sa k základom – ako funguje plachta.
Pozrite sa na simulovaný proces, ktorý ukazuje, ako vzduch pôsobí na rovinu plachty. Tu vidíte, že prúdy vzduchu pod modelom, ktoré majú väčšie zakrivenie, sa ohýbajú, aby ho obchádzali. V tomto prípade sa tok musí trochu zrýchliť. V dôsledku toho vzniká oblasť nízkeho tlaku - to generuje zdvih. Nízky tlak na spodnej strane stiahne plachtu.
Inými slovami, oblasť vysokého tlaku sa snaží pohybovať smerom k oblasti nízkeho tlaku vyvíjaním tlaku na plachtu. Existuje rozdiel v tlaku, ktorý generuje zdvih. Vďaka tvaru plachty je na vnútornej náveternej strane rýchlosť vetra menšia ako na záveternej strane. Na vonkajšej strane sa vytvorí vákuum. Vzduch je doslova nasávaný do plachty, čo posúva plachetnicu dopredu.
V skutočnosti je tento princíp celkom jednoduchý na pochopenie, stačí sa pozrieť na akúkoľvek plachetnicu. Trik je v tom, že plachta, bez ohľadu na to, ako sa nachádza, prenáša veternú energiu na plavidlo, a aj keď sa vizuálne zdá, že plachta by mala jachtu spomaliť, centrum pôsobenia síl je bližšie k prove plachetnice a sila vetra zabezpečuje translačný pohyb.
Ale to je teória, ale v praxi je všetko trochu inak. Plachetnica v skutočnosti nemôže ísť proti vetru - pohybuje sa k nemu v určitom uhle, takzvané cvočky.
Plachetnica sa pohybuje v dôsledku rovnováhy síl. Plachty fungujú ako krídla. Väčšina zdvihu, ktorý produkujú, smeruje do strany a len malá časť smeruje dopredu. Tajomstvo je však v tomto nádhernom fenoméne v takzvanej „neviditeľnej“ plachte, ktorá sa nachádza pod dnom jachty. Toto je kýl alebo v morskom jazyku - stredová doska. Zdvih stredovej dosky tiež produkuje vztlak, ktorý tiež smeruje hlavne do strany. Kýl odoláva rolovaniu a opačnej sile pôsobiacej na plachtu.
Okrem zdvíhacej sily existuje aj kotúľanie - jav, ktorý je škodlivý pre pohyb vpred a nebezpečný pre posádku plavidla. Na to je však na jachte tím, ktorý slúži ako živá protiváha neúprosným fyzikálnym zákonom.
V modernej plachetnici kýl aj plachta spolupracujú na vedení plachetnice vpred. Ale ako každý začínajúci námorník potvrdí, v praxi je všetko oveľa komplikovanejšie ako v teórii. Skúsený námorník vie, že najmenšia zmena naklonenia plachty umožňuje dosiahnuť väčší vztlak a kontrolovať jej smer. Zmenou predklonu plachty ovláda skúsený námorník veľkosť a umiestnenie oblasti, ktorá vytvára vztlak. Hlboký predklon môže vytvoriť veľkú tlakovú zónu, ale ak je ohyb príliš veľký alebo nábežná hrana príliš strmá, molekuly vzduchu už ohyb nebudú nasledovať. Inými slovami, ak má predmet ostré rohy, častice toku sa nemôžu otočiť - impulz pohybu je príliš silný, tento jav sa nazýva "oddelený tok". Výsledkom tohto efektu je, že plachta sa "umyje" a stráca vietor.
A tu je niekoľko ďalších praktických tipov na využitie veternej energie. Optimálne smerovanie do vetra (pretekanie na blízko). Námorníci tomu hovoria „ísť proti vetru“. Zdanlivý vietor, ktorý má rýchlosť 17 uzlov, je výrazne rýchlejší ako skutočný vietor, ktorý vytvára vlnový systém. Rozdiel v ich smeroch je 12°. Kurz k zdanlivému vetru je 33°, k pravému vetru - 45°.
HNACIA SILA VETRA
Na stránke NASA boli zverejnené 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). Pri prechode cez „hornú“, záveternú stranu plachty prúdi vzduch dlhšiu dráhu a v súlade s princípom plynulosti prúdenia sa pohybuje rýchlejšie ako z náveternej, „spodnej“ strany. Výsledkom je menší tlak na záveternej strane plachty ako na náveternej.
Pri prelietavaní s plachtou nastavenou kolmo na smer vetra je nárast tlaku na náveternej strane väčší ako pokles tlaku na záveternej strane, inými slovami, vietor jachtu viac tlačí ako ťahá. Keď sa loď bude ostrejšie otáčať do vetra, tento pomer sa zmení. Ak teda vietor fúka kolmo na kurz lode, zvýšenie tlaku v plachte smerom k vetru má menší vplyv na rýchlosť ako zníženie tlaku v závetrí. Inými slovami, plachta jachtu viac ťahá ako tlačí.
Pohyb jachty nastáva v dôsledku toho, že vietor interaguje s plachtou. Analýza tejto interakcie vedie k neočakávaným, pre mnohých začiatočníkov, výsledkom. Ukazuje sa, že maximálna rýchlosť sa dosiahne, vôbec nie vtedy, keď vietor fúka presne zozadu, ale želanie „zadného vetra“ má úplne neočakávaný význam.
Plachta aj kýl pri interakcii s prúdom vzduchu alebo vody vytvárajú zdvíhaciu silu, preto na optimalizáciu ich práce možno použiť teóriu krídel.
HNACIA SILA VETRA
Prúd vzduchu má kinetickú energiu a vďaka interakcii s plachtami je schopný pohybovať jachtou. Prácu plachty aj krídla lietadla popisuje Bernoulliho zákon, podľa ktorého zvýšenie rýchlosti prúdenia vedie k zníženiu tlaku. Pri pohybe vo vzduchu krídlo oddeľuje prúdenie. Časť obchádza krídlo zhora, časť zdola. Krídlo lietadla je navrhnuté tak, že prúdenie vzduchu nad hornou časťou krídla sa pohybuje rýchlejšie ako prúdenie vzduchu pod spodnou stranou krídla. Výsledkom je, že tlak nad krídlom je oveľa nižší ako pod. Tlakový rozdiel je vztlaková sila krídla (obr. 1a). Vďaka zložitému tvaru je krídlo schopné generovať vztlak aj pri prerezaní prúdu, ktorý sa pohybuje rovnobežne s rovinou krídla.
Plachta môže pohybovať jachtou len vtedy, ak je v určitom uhle k prúdu a vychyľuje ju. Otázkou zostáva, ktorá časť zdvíhacej sily je spojená s Bernoulliho efektom a ktorá je výsledkom vychýlenia prúdenia. Podľa klasickej teórie krídla vztlaková sila vzniká výlučne ako výsledok rozdielu rýchlostí prúdenia 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 vzduchu nazýva uhol nábehu.
Sila zdvihu sa zvyšuje s uhlom nábehu, táto závislosť však funguje len pre malé hodnoty tohto uhla. Akonáhle uhol nábehu prekročí určitú kritickú úroveň a dôjde k zastaveniu prúdenia, na hornej ploche krídla sa vytvoria početné víry a vztlaková sila sa prudko zníži (obr. 1c).
Vodáci vedia, že jibe nie je najrýchlejší kurz. Ak vietor rovnakej sily fúka pod uhlom 90 stupňov k kurzu, loď sa pohybuje oveľa rýchlejšie. Pri náklone 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 svoju maximálnu rýchlosť (obr. 2b). Maximálna rýchlosť na výložníku je vždy nižšia ako rýchlosť vetra. Existuje niekoľko dôvodov: po prvé, trenie, pri akomkoľvek pohybe sa časť energie vynakladá na prekonanie rôznych síl, ktoré pohyb bránia. Ale hlavná vec je, že sila, ktorou vietor tlačí na plachtu, je úmerná druhej mocnine rýchlosti zdanlivého vetra a rýchlosť zdanlivého vetra na výložníku sa rovná rozdielu medzi rýchlosťou skutočného vetra a rýchlosťou jachty.
Na kurze gulfwind (90º k vetru) sa plachetnice môžu pohybovať rýchlejšie ako vietor. V rámci tohto článku nebudeme rozoberať vlastnosti praporcového vetra, len si všimneme, že na kurze Gulfwind sila, ktorou vietor tlačí na plachty, závisí v menšej miere od rýchlosti jachty (obr. 2c).
Hlavným faktorom, ktorý bráni zvýšeniu rýchlosti, je trenie. Preto plachetnice s malým odporom môžu dosiahnuť rýchlosť oveľa rýchlejšie ako vietor, ale nie pri prehadzovaní. Napríklad buer, vzhľadom na to, že korčule majú zanedbateľný odpor proti pošmyknutiu, môže zrýchliť na rýchlosť 150 km/h pri rýchlosti vetra 50 km/h alebo ešte menej.
Vysvetlenie fyziky plachtenia: Úvod
ISBN 1574091700, 9781574091700
Vetry, ktoré fúkajú na západ v južnom Pacifiku. Preto bola naša trasa zostavená tak, že na plachetnici „Juliet“ sa pohybujeme z východu na západ, teda aby vietor fúkal do chrbta.
Keď sa však pozriete na našu trasu, všimnete si, že často, napríklad pri presune z juhu na sever zo Samoy do Tokelau, sme sa museli pohybovať kolmo na vietor. A niekedy sa smer vetra úplne zmenil a človek 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 zo série Zábavná fyzika. Tento kúsok tu citujem doslovne aj s obrázkami.
„Plavba proti vetru
Je ťažké si predstaviť, ako môžu plachetnice ísť „proti vetru“ – alebo, povedané slovami námorníkov, ísť „ťahané“. Je pravda, že námorník vám povie, že nemôžete plávať priamo do vetra, 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 sa plaviť priamo proti vetru alebo pod uhlom 22 ° k nemu.
V skutočnosti to však nie je ľahostajné a my si teraz vysvetlíme, ako je možné sa k nemu pod miernym uhlom pohnúť silou vetra. Uvažujme najskôr o tom, ako vietor vo všeobecnosti pôsobí na plachtu, teda kam plachtu tlačí, 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 tlačí plachtu vždy v pravom uhle k jej rovine.
Keďže vietor tlačí rovnomerne po celej ploche 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 tlačí plachtu v pravom uhle k nej.
Keď to vieme, môžeme ľahko pochopiť, ako môže plachetnica ísť v ostrom uhle proti vetru. Nech čiara KK predstavuje kýlovú čiaru lode.
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. Postupujte podľa schémy pre rozloženie síl. Tlak vetra na plachtu predstavujeme silou Q, ktorá, ako vieme, by mala byť kolmá na plachtu. Túto silu rozložíme na dve časti: sila R, kolmá na kýl, a sila S, smerujúca dopredu pozdĺž kýlovej línie lode. Keďže pohyb plavidla v smere R naráža na silný odpor vody (kýl u plachetníc je veľmi hlboký), sila R je takmer úplne vyvážená odporom vody. Zostáva len sila S, ktorá, ako vidíte, smeruje dopredu, a preto pohybuje loďou pod uhlom, akoby proti vetru. [Je možné ukázať, že sila S je najväčšia, keď rovina plachty pretína uhol medzi smermi kýlu a vetra.]. Zvyčajne sa tento pohyb vykonáva cikcakom, ako je znázornené na obrázku nižšie. V jazyku námorníkov sa takémuto pohybu plavidla hovorí v užšom zmysle slova „napichovanie“.
Zvážme teraz všetky možné smery vetra vzhľadom na kurz lode.
Diagram kurzov lode vo vzťahu k vetru, to znamená uhol medzi smerom vetra a vektorom od kormy po provu (kurz). 
Keď vietor fúka do tváre (protivietor), plachty visia zo strany na stranu a s plachtou sa nedá pohnúť. Samozrejme, vždy môžete spustiť plachty a zapnúť motor, ale to už nie je pre plachtenie relevantné.
Keď vietor fúka presne zozadu (jibe, zadný vietor), rozptýlené molekuly vzduchu vyvíjajú tlak na plachtu z jednej strany a loď sa pohybuje. V tomto prípade sa loď môže pohybovať len pomalšie, ako je rýchlosť vetra. Funguje tu obdoba jazdy na bicykli vo vetre – vietor fúka do chrbta a ľahšie sa šliape.
Pri pohybe proti vetru (ťahané) sa plachta nepohybuje kvôli tlaku molekúl vzduchu na plachtu zozadu, ako je to v prípade jibe, ale kvôli vztlaku, ktorý vzniká v dôsledku rôznych rýchlostí vzduchu na oboch stranách pozdĺž plachty. Loď sa zároveň kvôli kýlu nepohybuje v smere kolmom na kurz lode, ale iba dopredu. To znamená, že plachta v tomto prípade nie je dáždnik, ako v prípade badewindu, ale krídlo lietadla.
Počas našich plavieb sme sa väčšinou plavili s backstay a gulfwinds priemernou rýchlosťou 7-8 uzlov s rýchlosťou vetra 15 uzlov. Niekedy sme išli proti vetru, polovetru a ostro. A keď vietor utíchol, zapli motor.
Vo všeobecnosti loď s plachtou idúcou proti vetru nie je zázrak, ale realita.
Najzaujímavejšie je, že lode môžu ísť nielen proti vetru, ale dokonca rýchlejšie ako vietor. To sa stane, keď sa loď vzdiali a vytvorí svoj vlastný vietor.
