O movimento de um iate à vela com o vento é, na verdade, determinado pela simples pressão do vento em sua vela, empurrando o navio para frente. No entanto, pesquisas em túneis de vento mostraram que navegar contra o vento expõe a vela a um conjunto mais complexo de forças.
Quando o ar que entra flui ao redor da superfície traseira côncava da vela, a velocidade do ar diminui, enquanto ao fluir ao redor da superfície frontal convexa da vela, essa velocidade aumenta. Como resultado, uma área de alta pressão é formada na superfície posterior da vela e uma área de baixa pressão na superfície frontal. A diferença de pressão nos dois lados da vela cria uma força de tração (empurrão) que move o iate para frente em um ângulo em relação ao vento.
Um iate à vela localizado aproximadamente perpendicularmente ao vento (na terminologia náutica - o iate está chegando aderência), avança rapidamente. A vela está sujeita a forças de tração e laterais. Se um iate à vela navega em um ângulo agudo em relação ao vento, sua velocidade diminui devido à diminuição da força de tração e ao aumento da força lateral. Quanto mais a vela é virada para a popa, mais lentamente o iate avança, principalmente devido à grande força lateral.
Um iate à vela não pode navegar diretamente contra o vento, mas pode avançar fazendo uma série de movimentos curtos em zigue-zague em ângulo com o vento, chamados amuras. Se o vento sopra para a esquerda (1), diz-se que o iate navega com amuras a bombordo; se sopra para estibordo (2), diz-se que navega com amuras para estibordo. Para percorrer a distância mais rapidamente, o velejador tenta aumentar a velocidade do iate ao limite ajustando a posição de sua vela, conforme mostrado na figura abaixo à esquerda. Para minimizar o desvio lateral da linha reta, o iate se move, mudando o rumo de estibordo para bombordo e vice-versa. Quando o iate muda de rumo, a vela é lançada para o outro lado, e quando seu plano coincide com a linha do vento, ela oscila por algum tempo, ou seja, está inativo (imagem do meio abaixo do texto). O iate se encontra na chamada zona morta, perdendo velocidade até que o vento volte a inflar a vela na direção oposta.
Continuamos a série de publicações preparadas pelo popular blog científico interativo “Vou explicar em dois minutos”. O blog fala sobre coisas simples e complexas que nos cercam todos os dias e não levantam dúvidas até que pensemos nelas. Por exemplo, lá você pode descobrir como as naves espaciais não erram e não colidem com a ISS ao atracar.
1. É impossível navegar estritamente contra o vento. No entanto, se o vento soprar de frente, mas ligeiramente inclinado, o iate pode muito bem se mover. Nesses casos, diz-se que o navio está navegando em rumo acentuado.
2. O impulso de uma vela é gerado por dois fatores. Em primeiro lugar, o vento simplesmente pressiona as velas. Em segundo lugar, as velas oblíquas instaladas na maioria dos iates modernos, quando o ar flui ao seu redor, funcionam como uma asa de avião e criam “força de sustentação”, só que não são direcionadas para cima, mas para frente. Devido às peculiaridades da aerodinâmica, o ar do lado convexo da vela se move mais rápido do que do lado côncavo, e a pressão do lado côncavo fora Há menos velas do que a interna.
3. A força total criada pela vela é direcionada perpendicularmente à tela. De acordo com a regra de adição de vetores, é possível distinguir a força de deriva (seta vermelha) e a força de tração (seta verde).
4. Em cursos acentuados, a força de deriva é grande, mas é compensada pelo formato do casco, da quilha e do leme: o iate não pode andar de lado devido à resistência à água. Mas ele desliza para frente de boa vontade, mesmo com uma pequena força de tração.
5. Para navegar estritamente contra o vento, o iate vira: vira primeiro para o vento de um lado ou de outro, avançando em segmentos - amuras. Qual deve ser a duração das amuras e qual o ângulo em relação ao vento - questões importantes das táticas do capitão.
6. Existem cinco cursos principais de um navio em relação ao vento. Graças a Pedro I, a terminologia marítima holandesa criou raízes na Rússia.
7. Leventik－ o vento sopra diretamente na proa do navio. É impossível navegar desta forma, mas virar na direção do vento serve para parar o iate.
8. Vento fechado- o mesmo curso agudo. Quando você vai de proa curta, o vento sopra na sua cara, então parece que o iate está desenvolvendo uma velocidade muito alta. Na verdade, esse sentimento é enganoso.
9. Vento do Golfo－ o vento sopra perpendicularmente à direção do movimento.
10. Backstay－ o vento sopra de popa e de lado. Este é o curso mais rápido. Barcos de corrida rápidos navegando em backstay são capazes de acelerar a velocidades que excedem a velocidade do vento devido à força de sustentação da vela.
11. Vento Forde－ o mesmo vento favorável soprando da popa. Ao contrário do que se esperava, não é o percurso mais rápido: aqui não é aproveitada a força de sustentação da vela e o limite de velocidade teórico não ultrapassa a velocidade do vento. Um capitão experiente pode prever correntes de ar invisíveis, assim como um piloto de avião pode prever correntes ascendentes e descendentes.
Você pode ver uma versão interativa do diagrama no blog “Explicarei em dois minutos”.
O poeta russo Mikhail Yurievich Lermontov amou mar e muitas vezes o mencionou em suas obras. Ele escreveu um poema maravilhoso sobre o branqueamento velejar, que corre entre as ondas nas extensões distantes do mar. Você provavelmente conhece o poema de Lermontov, porque esses são os versos mais famosos da poesia sobre navios à vela. Ao lê-los, você pode imaginar um mar revolto e belos navios entre suas ondas. O vento enche as velas. E, graças à força do vento, os navios avançam. Mas como os veleiros conseguem navegar contra o vento?
Para responder a isso, primeiro você terá que aprender uma palavra desconhecida "aderir".Galsom A direção do movimento do navio em relação ao vento é chamada. A amura pode ser bombordo quando o vento sopra da esquerda, ou estibordo quando o vento sopra da direita. É importante conhecer o segundo significado da palavra “amarração” - esta é parte do caminho, ou melhor, o segmento dele que o veleiro passa quando se move contra o vento. Lembrar?
Agora, para entender como os veleiros conseguem navegar contra o vento, vejamos as velas. Eles estão em um veleiro formas diferentes e tamanhos - reto e oblíquo. E cada um faz o seu trabalho. Quando sopra um vento contrário, o navio é governado por meio de velas oblíquas, que giram primeiro para um lado e depois para o outro.
Seguindo-os, o navio vira em uma direção ou outra. Ele se vira e caminha para frente. Os marinheiros chamam esse movimento - movendo-se em rumos alternados. Sua essência é que o vento pressiona as velas inclinadas e sopra o navio levemente para os lados e para a frente. O leme de um veleiro não permite que ele gire completamente, e marinheiros habilidosos acionam as velas a tempo, mudando sua posição. Assim, em pequenos ziguezagues, avança.
É claro que mudar de rumo é uma tarefa muito difícil para toda a tripulação de um veleiro. Mas os marinheiros são caras experientes. Não têm medo das dificuldades e amam muito o mar.
Antes de ver como funciona uma vela, há dois pontos curtos, mas importantes, a considerar:
1. Determine que tipo de vento afeta as velas.
2.Falar sobre a terminologia marítima específica associada aos cursos relativos ao vento.
Ventos verdadeiros e aparentes no iatismo.
O vento que atua sobre um navio em movimento e tudo o que nele há é diferente daquele que atua sobre qualquer objeto estacionário.
Na verdade, o vento como fenômeno atmosférico que sopra em relação à terra ou à água é o que chamamos de vento verdadeiro.
No iatismo, o vento relativo a um iate em movimento é chamado de vento aparente e é a soma do vento verdadeiro e do fluxo de ar que se aproxima causado pelo movimento da embarcação.
O vento aparente sempre sopra em um ângulo mais acentuado em relação ao barco do que o vento verdadeiro.
A velocidade aparente do vento pode ser maior (se o vento verdadeiro for contrário ou lateral) ou menor que o vento verdadeiro (se for favorável).
Direções relativas ao vento.
No vento significa da direção de onde o vento sopra.
Contra o vento- da direção em que o vento sopra.
Esses termos, bem como seus derivados, como “barlavento”, “sotavento”, são amplamente utilizados, e não apenas na navegação de iates.
Quando esses termos são aplicados a um navio, costuma-se falar também dos lados de barlavento e sotavento.
Se o vento sopra de estibordo do iate, esse lado é chamado barlavento, lado esquerdo - sotavento respectivamente.
Amuras a bombordo e estibordo são dois termos diretamente relacionados aos anteriores: se o vento sopra para estibordo do navio, dizem que ele está navegando com amuras para estibordo, se for à esquerda, então à esquerda.
Na terminologia náutica inglesa, o que está associado a estibordo e bombordo é diferente do habitual Direita e Esquerda. Dizem Estibordo sobre o lado estibordo e tudo relacionado a ele, e Bombordo sobre o lado esquerdo.
Cursos relativos ao vento.
Os cursos relativos ao vento variam dependendo do ângulo entre a direção do vento aparente e a direção em que a embarcação está se movendo. Eles podem ser divididos em agudos e completos.
O curso próximo é um curso acentuado em relação ao vento. quando o vento sopra em um ângulo inferior a 80°. Pode haver vento forte de proa curta (até 50°) ou vento forte de proa curta (de 50 a 80°).
Percursos completos em relação ao vento são percursos quando o vento sopra em um ângulo de 90° ou mais em relação à direção em que o iate está se movendo.
Esses cursos incluem:
Gulfwind - o vento sopra em um ângulo de 80 a 100°.
Backstay - o vento sopra em um ângulo de 100 a 150° (backstay íngreme) e de 150 a 170° (backstay completo).
Fordewind - o vento sopra de popa em um ângulo superior a 170°.
Esquerdista - o vento é estritamente contrário ou próximo dele. Como um navio à vela não pode se mover contra esse vento, é mais frequentemente chamado não de curso, mas de posição em relação ao vento.
Manobras em relação ao vento.
Quando um iate à vela muda seu curso de modo que o ângulo entre o vento e a direção do movimento diminui, então o navio é considerado é dada. Em outras palavras, achatar significa ir em um ângulo mais acentuado em relação ao vento.
Se ocorrer o processo inverso, ou seja, o iate muda de rumo no sentido de aumentar o ângulo entre ele e o vento, a embarcação cai .
Esclareçamos que os termos (“avançar” e “queda”) são utilizados quando o barco muda de rumo em relação ao vento dentro da mesma amura.
Se o navio mudar de rumo, então (e só então!) tal manobra no iatismo é chamada de curva.
Existem duas maneiras diferentes de mudar de rumo e, consequentemente, duas voltas: aderência E zombar .
Uma virada é uma virada contra o vento. A embarcação é impulsionada, a proa do barco cruza a linha do vento, em algum momento a embarcação passa pela posição esquerda, após o que fica na outra amura.
A navegação em jibes ocorre de maneira oposta: o navio cai, a popa cruza a linha do vento, as velas são transferidas para o outro lado, o iate fica em uma amura diferente. Na maioria das vezes, é uma mudança de um curso completo para outro.
Operação de vela durante o iatismo.
Um dos principais desafios para um marinheiro ao trabalhar com velas é orientar a vela no ângulo ideal em relação ao vento para melhor impulsioná-la para frente. Para fazer isso, você precisa entender como a vela interage com o vento.
O trabalho de uma vela é em muitos aspectos semelhante ao trabalho de uma asa de avião e ocorre de acordo com as leis da aerodinâmica. Para velejadores particularmente curiosos, você pode aprender mais sobre a aerodinâmica de uma vela como asa em uma série de artigos:. Mas é melhor fazer isso depois de ler este artigo, passando gradualmente do material fácil para o mais complexo. Embora, para quem estou contando isso? Os verdadeiros velejadores não têm medo das dificuldades. E você pode fazer tudo exatamente ao contrário.
A principal diferença entre uma vela e uma asa de avião é que para que uma força aerodinâmica apareça na vela, é necessário um certo ângulo diferente de zero entre ela e o vento; esse ângulo é chamado de ângulo de ataque. A asa do avião tem perfil assimétrico e pode operar normalmente com ângulo de ataque zero, mas a vela não.
À medida que o vento flui ao redor da vela, surge uma força aerodinâmica que, em última análise, move o iate para frente.
Consideremos a operação de uma vela no iatismo em diferentes cursos em relação ao vento. Primeiro, para simplificar, vamos imaginar que um mastro com uma vela está cravado no solo e podemos direcionar o vento em diferentes ângulos em relação à vela.
Ângulo de ataque 0°. O vento sopra ao longo da vela, a vela tremula como uma bandeira. Não existe força aerodinâmica na vela, existe apenas força de arrasto.
Ângulo de ataque 7°. Uma força aerodinâmica começa a aparecer. É direcionado perpendicularmente à vela e ainda é pequeno.
O ângulo de ataque é de cerca de 20°. A força aerodinâmica atingiu seu valor máximo e é direcionada perpendicularmente à vela.
Ângulo de ataque 90°. Comparado ao caso anterior, a força aerodinâmica não mudou significativamente nem em magnitude nem em direção.
Assim, vemos que a força aerodinâmica é sempre direcionada perpendicularmente à vela e sua magnitude praticamente não muda na faixa de ângulo de 20 a 90°.
Ângulos de ataque superiores a 90° não fazem sentido considerar, uma vez que as velas de um iate geralmente não são colocadas nesses ângulos em relação ao vento.
As dependências acima da força aerodinâmica no ângulo de ataque são amplamente simplificadas e calculadas em média.
Na verdade, essas propriedades variam acentuadamente dependendo do formato da vela. Por exemplo, uma vela grande longa, estreita e razoavelmente plana de iates de corrida terá uma força aerodinâmica máxima num ângulo de ataque de cerca de 15°; em ângulos mais elevados a força será ligeiramente menor. Se a vela for mais barriguda e não tiver uma proporção de aspecto muito grande, então a força aerodinâmica sobre ela pode ser máxima em um ângulo de ataque de cerca de 25-30°.
Agora vamos ver como funciona uma vela em um iate.
Para simplificar, vamos imaginar que haja apenas uma vela no iate. Que seja uma gruta.
Primeiramente, vale a pena observar como o sistema iate + vela se comporta ao se deslocar nos rumos mais acentuados em relação ao vento, já que isso costuma levantar mais dúvidas.
Digamos que o iate seja afetado pelo vento em um ângulo de 30-35° em relação ao casco. Orientando a vela em seu curso em um ângulo de aproximadamente 20° em relação ao vento, obtemos uma força aerodinâmica A suficiente sobre ela.
Como essa força atua perpendicularmente à vela, vemos que ela puxa fortemente o iate para o lado. Ao decompor a força A em dois componentes, você pode ver que a força de impulso para frente T é várias vezes menor que a força que empurra o barco para os lados (D, força de deriva).
O que faz com que o iate avance neste caso?
O fato é que o desenho da parte subaquática do casco é tal que a resistência do casco ao movimento para o lado (a chamada resistência lateral) também é várias vezes maior que a resistência ao movimento para frente. Isto é facilitado pela quilha (ou placa central), leme e pelo próprio formato do casco.
Porém, a resistência lateral ocorre quando há algo a resistir, ou seja, para que ele comece a funcionar é necessário algum deslocamento lateral do corpo, a chamada deriva do vento.
Esse deslocamento ocorre naturalmente sob a ação da componente lateral da força aerodinâmica e, como resposta, surge imediatamente uma força de arrasto lateral S, direcionada na direção oposta. Como regra, eles se equilibram em um ângulo de deriva de cerca de 10-15°.
Assim, é óbvio que a componente lateral da força aerodinâmica, mais pronunciada em cursos acentuados em relação ao vento, provoca dois fenómenos indesejáveis: a deriva e o rolamento do vento.
A deriva do vento significa que a trajetória do iate não coincide com sua linha central (plano de diâmetro, ou DP, é um termo inteligente para a linha proa-popa). Há um deslocamento constante do iate em direção ao vento, movendo-se como se estivesse um pouco lateralmente.
Sabe-se que quando se navega em um percurso de proa curta sob condições climáticas médias, a deriva do vento, pois o ângulo entre o DP e a trajetória real é de aproximadamente 10-15°.
Avance contra o vento. Alinhamento.
Como o iate à vela não é possível estritamente contra o vento e você só pode se mover em um determinado ângulo, seria bom ter uma ideia de quão bruscamente o iate pode se mover em graus em direção ao vento. E o que é, portanto, aquele setor lento de cursos em relação ao vento, no qual o movimento contra o vento é impossível.
A experiência mostra que um iate de cruzeiro normal (não um iate de corrida) pode navegar eficazmente num ângulo de 50-55° em relação ao vento verdadeiro.
Assim, se o objetivo a ser alcançado estiver localizado estritamente contra o vento, o iatismo até ele não será feito em linha reta, mas em zigue-zague, primeiro em uma amura, depois na outra. Nesse caso, a cada amura, naturalmente, você precisará tentar navegar o mais bruscamente possível contra o vento. Este processo é chamado de aderência.
O ângulo entre as trajetórias dos iates em duas amuras adjacentes durante a amura é chamado de amura. Obviamente, com um movimento brusco em direção ao vento de 50-55°, o ângulo de rumo será de 100-110°.
A magnitude do ângulo de rumo mostra-nos quão eficazmente podemos mover-nos em direcção ao alvo se este estiver estritamente contra o vento. Para um ângulo de 110°, por exemplo, o caminho até o alvo aumenta 1,75 vezes em comparação com o movimento em linha reta.
Operação de navegação em outros rumos em relação ao vento
É óbvio que já em um curso de vento golfo a força de empuxo T excede significativamente a força de deriva D, de modo que a deriva e o rolamento serão pequenos.
Com o backstay, como vemos, não mudou muita coisa em comparação com o curso do vento do Golfo. A vela grande é colocada numa posição quase perpendicular ao DP, e esta posição é extrema para a maioria dos iates; é tecnicamente impossível implantá-la ainda mais.
A posição da vela grande no percurso de jibe não é diferente da posição no percurso de backstay.
Aqui, para simplificar, ao considerar a física do processo no iatismo, levamos em consideração apenas uma vela - a vela grande. Normalmente, um iate tem duas velas - uma vela grande e uma vela de estai (vela de proa). Assim, em um curso de bujarrona, a bujarrona (se estiver localizada no mesmo lado da vela grande) fica na sombra do vento da vela grande e praticamente não funciona. Esta é uma das várias razões pelas quais as zombarias não são as favoritas entre os velejadores.
