A jacht iránya a szélhez viszonyítva (Rumb of vitorlázás). Hogyan tudnak a vitorlások széllel szemben vitorlázni? A szél iránya a vitorlázásban
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 irányához képest hegyesszögben mozoghatsz 3. De ez a szög kicsi - körülbelül negyed derékszög -, és talán ugyanolyan érthetetlennek tűnik: közvetlenül a széllel szemben kell-e vitorlázni, vagy 22°-os szögben.
3 (Lehetőség van csak szélenergia felhasználására és szigorúan széllel szembeni mozgásra, ha a vitorlát szélmotorra, például szélmalomra cserélik, amely forgatja a hajó légcsavarját. Még P. L. Kapitsától is van egy jól ismert probléma egy ilyen első pillantásra szokatlan hajóval kapcsolatban (lásd még a magazint: Boats and Yachts, 1981, 1. szám, 25. o.).)
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. Hagyja, hogy a szél az ábrán látható nyilak által jelzett irányba fújjon. 17, sor AB vitorlát ábrázol.
Mivel a szél egyenletesen nyomja a vitorla teljes felületét, ezért a szélnyomás erejét erővel helyettesítjük R, alkalmazva a vitorla közepére. Bontsuk ezt az erőt két részre: erő K, merőleges a vitorlára, és az erő R mentén előre irányítva. Kényszerítés R a vitorla nem tolódik sehova, hiszen a szél súrlódása a vásznon elhanyagolható. Az erő megmarad K, amely merőlegesen tolja magára a vitorlát.
Ennek ismeretében könnyen megérthetjük, hogyan tud egy vitorlás a szél felé hegyesszögben vitorlázni. Legyen a KK vonal (18. ábra) a hajó gerincvonala. A szél ehhez a vonalhoz hegyesszögben fúj a nyilak által jelzett irányba. Az AB vonal vitorlát ábrázol; úgy van elhelyezve, hogy síkja felezi a gerinc iránya és a szél iránya közötti szöget. Nyom a 18. ábrán. az erők felbomlásához. A vitorlára nehezedő szélnyomást Q erővel ábrázoljuk, amelynek – tudjuk – merőlegesnek kell lennie a vitorlára. Osszuk ezt az erőt két részre: a gerincre merőleges B erőre és a hajó gerincvonala mentén előre irányuló S erőre. Mivel a hajó B irányú mozgása erős vízellenállásba ütközik (a vitorlás hajók gerince nagyon mély), a B 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 *. Általában ezt a mozgást cikkcakkokban hajtják végre, ahogy a 19. ábra mutatja. A tengerészek nyelvén a hajó ilyen mozgását a 4-es szó teljes értelmében „tacking”-nek nevezik.
* (Bizonyítható, hogy az S erő akkor a legnagyobb, ha a vitorla síkja felezi a gerinc és a szél iránya közötti szöget.)
4 (A vitorlázásban számos olyan kérdés merül fel, amelyek fizikusi szempontból is érdekesek. Erről a sportról és a vitorlázás néhány technikai problémájáról többet megtudhat például a következő könyvekből: V. Glovatsky A vitorlák lenyűgöző világa: Esszék a vitorlázás történetéről - M.: Haladás, 1979; Proctor Ya. Vitorlázás. Szél, hullámok és áramlatok - L.: Gidrometeoizdat, 1981.)
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 hajózási 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.
Vitorlázás: A teljes útmutató Toghill Jeff
A jacht iránya a szélhez viszonyítva (vitorlázás dübörgése)
A jacht iránya a szélhez viszonyítva: A – közeli vontatás, B – teljes vontatás, C – félszél, D – hátulsó, E – kedvező irány, F – jibe
Meredek közeli vontatás (taposó). Ha egy hajó a széllel szembeni irányhoz lehető legközelebbi pályán vitorlázik anélkül, hogy a luff kiöblítené, akkor azt mondják, hogy közeli vontatással hajózik. A vitorlákat a lehető legerősebbre kell választani.
Teljesen zárt vontatmány. Ezzel a pályával a jacht kevesebbet csapódik. A szél nem egyenesen a tat felé vagy felé fúj, hanem a csónak oldalába, ezért a meredek közeli szélhez képest a vitorlákat kissé meg kell vágni. amennyire csak lehetséges, amíg el nem kezdik az öblítést.
Gulfwind. A vitorla alatt, a szélre merőlegesen mozgó jachtról azt mondják, hogy gurul. Mivel a szél oldalt fúj, a vitorlákat körülbelül a felére vágják.
Backstay. Amikor a szél hátulról fúj, de nem közvetlenül hátrafelé, a jacht hátrafelé halad. A vitorlákat addig maratják, amíg a luff el nem kezd öblíteni. majd válasszon annyit, hogy eltűnjön. Ebben a helyzetben a szél a tat felől fúj és a spinnaker felemelhető.
Fordewind. Tiszta szél mellett a vitorlák teljesen le vannak vágva. Kiterítik, hogy minél nagyobb szelet fogjanak, a jacht megy a széllel. Amikor a szél közvetlenül a tatba fúj, az orrvitorla csapkodhat, mert a vitorla átfedi az ügetést. Ebben az esetben vagy átteheti a másik oldalra, ahol újra megtelik széllel, vagy leengedheti és behelyezheti helyette egy spinnakert. (A nagyméretű, ejtőernyő alakú spinnakerek csak akkor használhatók, ha a szél követi.)
Az Enciklopédiai szótár (X-Z) című könyvből szerző Brockhaus F.A. A technika 100 nagy csodája című könyvből szerző Muszkij Szergej AnatoljevicsW-60 osztályú óceánjáró jachtok A Whitbread Round the World Race-t 1973 óta négyévente rendezik meg a Nagy-Britannia Királyi Háza védnöksége alatt. A jachtok iránti érdeklődés Angliában a 17. században kezdődött. Az 1660-tól uralkodó II. Károly királynak többek között volt egy nevű jachtja
A Security Encyclopedia című könyvből szerző Gromov V I2.4.5. Az ellenséges területről való hosszú távú kilépés szempontjai Az ellenséges területről való hosszú távú kilépés három fő szempontja a következő: hová menjünk, a nyilvánosság hozzáállása és a túlélési szempontok. Néhány további
A szerző Great Soviet Encyclopedia (RU) című könyvéből TSB A Tények legújabb könyve című könyvből. 1. kötet [Csillagászat és asztrofizika. Földrajz és egyéb földtudományok. Biológia és orvostudomány] szerző A Tények legújabb könyve című könyvből. 3. kötet [Fizika, kémia és technológia. Történelem és régészet. Vegyes] szerző Kondrashov Anatolij PavlovicsHogyan nevezzük egy vitorlás hajó irányát a szélhez képest? A hajó irányát jellemzően a meridiánsík és a hajó középsíkja közötti szög határozza meg, fokban mérve a meridián északi részétől az óramutató járásával megegyező irányban (0 és 360 fok között). Vitorlázásnál azonban
A könyvből 3333 trükkös kérdés és válasz szerző Kondrashov Anatolij PavlovicsMi a fő különbség a Vénusz és az Uránusz mozgása és a többi bolygó mozgása között? Minden bolygó ugyanabban az irányban kering a Nap körül – ugyanabban az irányban, amelyben a Nap forog a tengelye körül. Szinte minden bolygó ugyanabba az irányba és a sajátja körül forog
A Hogyan utazzunk című könyvből szerző Shanin ValeryYacht vagy motorcsónak bérlése Vitorlás vagy motoros jacht üzemeltetéséhez legalább két fős csapat szükséges: egy kapitány (kapitány) és egy asszisztens. A kapitánynak engedéllyel kell rendelkeznie a megfelelő típusú hajó üzemeltetéséhez. Az ilyen tanúsítványokat általában kiállítják
A Tények legújabb könyve című könyvből. 1. kötet. Csillagászat és asztrofizika. Földrajz és egyéb földtudományok. Biológia és orvostudomány szerző Kondrashov Anatolij Pavlovics A Yachting: The Complete Guide című könyvből írta: Toghill JeffBalasztköl-jachtok A jól megépített keel-jacht talán a legbiztonságosabb vitorlás. Felborítani szinte lehetetlen: minél jobban dől a szélben, annál nagyobb hatást gyakorol a ballasztgerinc kiegyenlítő momentuma. Pontosan ez az
A csodálatos filozófia című könyvből szerző Gusev Dmitrij AlekszejevicsPótkocsis jachtok Ezek az egész világon elterjedt hibrid kialakítások a keelboat és a gumicsónak keresztezését alkotják. Ez a hajó kisebb méretű, mint a legtöbb keelboat, de nagyobb, mint az átlagos gumicsónak; egy kompakt kabin belső tere
A szerző könyvébőlTöbbtestűek A legtöbb többtestű katamarán, bár trimaránok is kaphatók. Sokféle duplatörzsű csónak létezik, a stílusos 4-6 m hosszú játékoktól a hatalmas luxusjachtokig.A kis katamaránokat főleg
A szerző könyvébőlYacht Hull Csónak vásárlásakor fontos, hogy ismerje a felhasznált anyagokat és az építési módszereket. A jachtok építésénél három fő anyagot használnak: üvegszál - üvegszálakkal megerősített műgyanta ill.
A szerző könyvébőlA jachttest kialakítása A jachttest egy dobozra hasonlít. Bár egyik oldala éles, másik oldala tompa, szerkezetében mégis dobozos. Ha egy dobozt használnak postai küldemények küldésére, akkor annak elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy ellenálljon
A szerző könyvébőlYacht kiválasztása Ha versenyzés céljára tervez jachtot vásárolni, több fontos tényezőt is figyelembe kell vennie. Nyilvánvalóan ezek közül az első az ár lesz, mert minél nagyobb és jobb a jacht, annál drágább lesz a vásárlás és a versenyzés. Végül, de nem utolsósorban a típuson kell gondolkodni
A vitorláknak két fő típusa van - egyenes és ferde. Az egyenes vitorla egy szabályos vitorla, a hajótesten elhelyezkedő szövetdarab, amely a szél irányába húzza a hajót. A ferde vitorla (általában háromszög, de négyszögletű is) lehetővé teszi a szélenergia felhasználását, hogy a hajó a légáramlattal szemben tudjon vitorlázni.
A gyakorlatban ez így néz ki: egy speciálisan hangolt vitorla körül ellenszél áramlik, és előre és oldalra löki a hajót. Így a jacht vagy csónak cikcakkosan (tack) tud mozogni a kívánt irányba, először az egyik vagy a másik oldalát kitéve a szélnek.
Ez a technológia tette lehetővé, hogy a vitorlás hajók alapvetően eltérő mozgásszabadságot szerezzenek. Megbízható kereskedelmi útvonalakat készített, amelyek korábban teljes mértékben a kedvező szelektől függtek. Egy egyenes vitorlás hajó hátszél segítségével elérte a kívánt helyet, de ahhoz, hogy visszatérjen, várnia kellett a szélirány-változtatásra, esetenként több hétig. Nyilvánvaló, hogy az ilyen navigáció megbízhatatlan és kiszámíthatatlan volt. A ferde vitorla részben megoldotta ezt a problémát. A széllel szembeni vitorlázás gondolata teljesen paradox! De teljes mértékben megfelel a fizika törvényeinek.
Ma már nehéz pontosan megállapítani, hogy ki találta fel először a ferde vitorlát, de tudjuk, hogy ez a felfedezés az arabokon keresztül jutott el Európába, akik rendszeresen járták az Indiai-óceán vizeit. Ott nagy valószínűséggel a polinézek hajóin láttak hasonló műszaki megoldást. Utóbbiak nem tudták volna olyan aktívan felfedezni a Csendes-óceánt, mint tették, ha nem lett volna ferde vitorlásuk. A kínaiak azonban széles körben használtak ferde vitorlákat is.
Bárhogy is legyen, a gereblye vitorla nagyon gyorsan kezdett elterjedni a Földközi-tengeren a stabil és kiszámítható légáramlásokkal. Az itt uralkodó szelek délkeletről északnyugatra fújnak. És természetesen azoknál a hajóknál, amelyeknek az ellenkező irányba kellett haladniuk, ez problémát jelentett. Egy ferde vitorlának köszönhetően oldották meg.
Hogyan fejlődött a technológia?
A találmány első európai változata a lateen vitorla volt - egy háromszög alakú ferde vitorla, amely az árboc oldalához volt rögzítve (1. kép). Lehetővé tette a széllel szembeni sikeres vitorlázást. Ez a kialakítás azonban nagyon munkaigényes volt, mivel amikor a szél megváltozott, a késői vitorlát le kellett venni az árboc egyik oldaláról, és a másik oldalra kellett felszerelni.
A gaff vitorla feltalálása segített megbirkózni ezzel a problémával (2. kép). Ez ugyanaz a ferde vitorla, csak négyszögletű és nem az árboc oldaláról, hanem mögötte feszített, és a felső széle (luff) a gaffhoz, az alsó éle (luff) pedig a gémhez van rögzítve - a vízszintes szerkezeti elemek, amelyek ezt a vitorlát feszítik.
Maguk a szárnyak és a gém az egyik végén függőleges oszlophoz vannak rögzítve. Ezeknek a találmányoknak köszönhetően sokkal könnyebbé vált a vitorla egyik oldalról a másikra mozgatása taknyváltáskor. A tizennyolcadik századra ez a ferde vitorlakialakítás teljesen felváltotta a késői vitorlát.
A 20. század elején a gaff vitorlát felváltotta az úgynevezett Bermuda vitorla (3. kép), amely a mai napig a legelterjedtebb vitorlatípus. A Bermuda régióból származik, ahol a helyi halászok használták. Ott az európaiak „kémlelték” a titkot. És annak a ténynek köszönhetően, hogy ekkorra már felfedezték az aerodinamikai törvényeket, a bermudi találmány gyorsan vezető szerepet tölt be a vitorlásiparban.
A Bermuda vitorla egy háromszög alakú vitorla, amelynek a luff az árboc mentén, a luff pedig a gém mentén húzódik. Az egyszerű kezelés és a hatékonyság szempontjából ez mutatja a legjobb eredményeket. Ilyen típusú vitorlák találhatók a modern vitorlás jachtok túlnyomó többségén (3. kép).
Érdemes megjegyezni, hogy ma, amikor vitorlásról beszélünk, szinte mindig vitorlás jachtot értünk alatta. A jachtok és a vitorlázás új lap a vitorlázás történetében, nem kevésbé izgalmas, mint ősi eredete. De erről majd legközelebb.
Natalia Nikitina a Gokova Sailing Phuket vitorlásiskola (www.gokovaphuket.ru) csapatának tagja. Ha szeretné kipróbálni a vitorlázást, kérjük, lépjen kapcsolatba az iskolával e-mailben [e-mail védett].
Ma a következő tényre fordítjuk figyelmünket: A jacht a szél irányától függetlenül oda mozog, amerre a kapitány és legénysége vezeti. Ez akkor is megtörténik, ha az ellenkező irányú szél fúj. Miért történik ez? Mi a titka ennek a jelenségnek?
A vitorlás hajó jóval a repülőgépek megjelenése előtt jelent meg. De a vitorlák és a szárnyak működési elve ugyanaz. A munka alapja az emelőerő. De ha a repülőgépeken a szárny emelőereje a szélen átvágva felfelé löki az autót, akkor a függőlegesen elhelyezkedő vitorla előre tolja a jachtot.
A vitorlát érő szembeszél tolóerőt hoz létre. A titok az, hogy a szél felőli oldalon, amelyik belső, kisebb a szél sebessége, mint a hátszélben. Ezért vákuum képződik, és a vitorlát szó szerint beszívja a levegő. Mindez a vitorla kialakításának köszönhetően lehetséges. Vagyis a következőket mondhatjuk: nem mindegy, hogy a vitorla hogyan helyezkedik el a hajón, mert csak a szél energiáját alakítja át. Ezért tud a jacht a széláramlattal szemben vitorlázni.
Ez még azokban a pillanatokban sem történik meg, amikor a néző szemében úgy tűnik, hogy a vitorlának mindenképpen le kell lassítania a jachtot, mivel a szél kívülről fúj be. De ez nem is történik meg, mert az erőhatások középpontja a hajó orrában van, és a szél könnyen „toló” mozgást biztosít.
De kérdezzünk meg igazi vitorlást arról, hogyan és miért mozog egy jacht, és igaz-e, hogy széllel szemben is lehet vitorlázni?
Andrey Volkhov jelentős tapasztalattal rendelkezik a jachtok kezelésében, ezért feltétel nélkül megbízhat benne. „Valójában a jacht nem fog tudni erős széllel szemben mozogni. Ha a szél áramlására merőlegesen helyezi el. Csak egy bizonyos szögben mozoghat. A vitorla működése megegyezik a repülőgép szárnyéval. A szél által keltett felvonó előretolja a hajót."
De nem csak az emelőerő jelentkezik szélterhelés alatt. A gördülés egy másik jelenség, amelyet figyelembe kell venni a hajó kormányzása során. Ez a jelenség nemcsak lelassítja a jachtot, hanem az egész legénységre is nagyon veszélyes. Abban az esetben, ha a hajó dől, a legénységnek a lehető leggyorsabban ellensúlyt kell létrehoznia.
Nézzünk meg mindent részletesebben egy sportjacht példáján.
- Első lehetőség: kedvező irányú szél fúj. Itt minden világos és egyszerű. A jacht nehézség nélkül halad előre, és a legénységet nem terhelik jelentős lépések.
A vitorlának többféle formája van. Az arab alak az, amikor a vitorla „ferde” megjelenésű. Ez a forma hatásos az oldalszél áramlásaira, valamint a közeledőkhöz közeliekre. Azonban minden bizonnyal egyenes vitorla mögött lesz, jó széllel. Ebben az esetben egy „staysail” kerül a fővitorlához (nagyvitorla) - egy további vitorla. Ez a két vitorla egy könnyű jachtot képes 30 km/h-ra felgyorsítani.
- A második helyzet az, hogy a szél áramlása eléri a hajó oldalát. Most a legénység felpörög és kibontja a vitorlát. A spar (a jacht merev felszerelése) fontos része a gém. A kötél felszerelését kötélzetnek nevezik. Mindez a spar vezérlését szolgálja. A hajó előremozdítása a vitorláshajósok művészete. A legénység fő feladata, hogy a vitorlát időben a kívánt szögbe fordítsa. Így a legénység egy célt követ: maximális energiát nyerni a szélből.
- A következő helyzet az, hogy a szél 20 fokos szögben fúj, és ez ellentétes a hajó mozgásával. Beidewind – széllel szembeni mozgást hív. A tapasztalt tengerészek így hívták az ókorban. Ilyenkor a csapat a lehető legfeszültebb, mert el kell fogni a szelet. És egy idő után ez sikerül is, és a jacht újra elindul előre. Ennek a jelenségnek a titkát már megvizsgáltuk. De a jachtnak van egy másik vitorlája! Ő láthatatlan!
Sokan már sejtették, hogy ez a vitorla a hajó alja alatt található. Úgy hívják, hogy a keel. A tengerészek általában centerboardnak hívják. Ez az elem szükséges ahhoz, hogy ellenálljon a dőlésnek, valamint visszatartsa a szél erejét a vitorlán. A centerboard másik képessége, hogy a billenőerőt meghajtási energiává alakítja. A fizika törvényei a lehető legpontosabban működnek a vitorlássportban.
És persze a legénység tehetetlen, ha egyáltalán nincs szél. Bár...sok jachton van motor, csak „nincs szél” esetére. Ezért nem kell aggódnia a szél „előre nem látható halála” miatt.