ลมที่พัดไปทางทิศตะวันตกในมหาสมุทรแปซิฟิกใต้ นั่นคือเหตุผลที่เส้นทางของเราได้รับการออกแบบเพื่อให้บนเรือยอชท์แล่นเรือใบ "จูเลียต" เราเคลื่อนจากตะวันออกไปตะวันตกนั่นคือเพื่อให้ลมพัดไปทางด้านหลังของเรา

อย่างไรก็ตาม หากคุณดูเส้นทางของเรา คุณจะสังเกตได้ว่าบ่อยครั้ง เช่น เมื่อเดินทางจากใต้ไปทางเหนือจากซามัวไปยังโตเกเลา เราต้องเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับลม และบางครั้งทิศทางลมก็เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงจนเราต้องทวนลม

เส้นทางของจูเลียต

จะทำอย่างไรในกรณีนี้?

เรือใบสามารถแล่นทวนลมมานานแล้ว Yakov Perelman คลาสสิกเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้เมื่อนานมาแล้วอย่างดีและเรียบง่ายในหนังสือเล่มที่สองของเขาจากซีรีส์เรื่อง "Entertaining Physics" ฉันนำเสนองานชิ้นนี้ที่นี่คำต่อคำพร้อมรูปภาพ

“ล่องลอยต้านลม

เป็นการยากที่จะจินตนาการว่าเรือใบสามารถแล่น "ทวนลม" ได้อย่างไร - หรืออย่างที่กะลาสีพูดว่า "แล่นในระยะใกล้" จริงอยู่ กะลาสีเรือจะบอกคุณว่าคุณไม่สามารถแล่นทวนลมโดยตรงได้ แต่คุณสามารถเคลื่อนที่ในมุมแหลมตามทิศทางของลมเท่านั้น แต่มุมนี้มีขนาดเล็ก ประมาณหนึ่งในสี่ของมุมฉาก และบางทีก็ดูเหมือนจะเข้าใจไม่แพ้กัน ไม่ว่าจะแล่นทวนลมโดยตรงหรือทำมุมกับลม 22°

อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง นี่ไม่ใช่การเฉยเมย และตอนนี้เราจะอธิบายว่าเป็นไปได้อย่างไรที่จะเคลื่อนเข้าหามันในมุมเล็กน้อยด้วยแรงลม ขั้นแรก มาดูกันว่าโดยทั่วไปแล้วลมทำหน้าที่อย่างไรบนใบเรือ นั่นคือจุดที่ลมพัดใบเรือเมื่อมันพัดไป คุณคงคิดว่าลมมักจะดันใบเรือไปในทิศทางที่พัดเสมอ แต่กลับไม่เป็นเช่นนั้น: ไม่ว่าลมจะพัดไปทางใด ใบเรือก็จะดันใบตั้งฉากกับระนาบใบเรือ แท้จริงแล้ว ให้ลมพัดไปในทิศทางที่ลูกศรระบุในรูปด้านล่าง เส้น AB หมายถึงใบเรือ

ลมจะดันใบเรือเป็นมุมฉากกับระนาบเสมอ

เนื่องจากลมพัดอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวทั้งหมดของใบเรือ เราจึงแทนที่ความกดดันลมด้วยแรง R ที่ตรงกลางใบเรือ เราจะแบ่งแรงออกเป็นสองส่วน: แรง Q ซึ่งตั้งฉากกับใบเรือ และแรง P ซึ่งพุ่งไปตามแรงนั้น (ดูรูปด้านบน ขวา) แรงสุดท้ายผลักใบเรือไปไม่ได้เนื่องจากการเสียดสีของลมบนผืนผ้าใบไม่มีนัยสำคัญ แรง Q ยังคงอยู่ ซึ่งดันใบเรือเป็นมุมฉากกับแรงดังกล่าว

เมื่อรู้สิ่งนี้แล้ว เราก็จะเข้าใจได้ง่ายว่าเรือใบสามารถแล่นในมุมแหลมเข้าหาลมได้อย่างไร ให้เส้น KK แทนเส้นกระดูกงูของเรือ

คุณจะแล่นทวนลมได้อย่างไร?

ลมพัดเป็นมุมแหลมถึงเส้นนี้ในทิศทางที่ระบุด้วยชุดลูกศร เส้น AB หมายถึงใบเรือ มันถูกวางไว้เพื่อให้ระนาบของมันแบ่งมุมระหว่างทิศทางของกระดูกงูและทิศทางของลม ติดตามการกระจายแรงในรูป เราแสดงแรงดันลมบนใบเรือด้วยแรง Q ซึ่งเรารู้ว่าจะต้องตั้งฉากกับใบเรือ ให้เราแบ่งแรงนี้เป็นสองส่วน: แรง R ซึ่งตั้งฉากกับกระดูกงู และแรง S ซึ่งพุ่งไปข้างหน้าตามแนวกระดูกงูของเรือ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของเรือในทิศทาง R ต้องเผชิญกับการต้านทานน้ำที่รุนแรง (กระดูกงูเข้า) เรือใบลึกมาก) จากนั้นแรง R เกือบจะสมดุลโดยความต้านทานของน้ำ เหลือเพียงแรง S เดียวเท่านั้น ซึ่งอย่างที่คุณเห็น พุ่งไปข้างหน้า ดังนั้น จึงเคลื่อนเรือไปในมุมหนึ่งราวกับหันไปทางลม [สามารถพิสูจน์ได้ว่าแรง S จะยิ่งใหญ่ที่สุดเมื่อระนาบใบเรือตัดมุมระหว่างกระดูกงูกับทิศทางลม] โดยทั่วไปการเคลื่อนไหวนี้จะดำเนินการในรูปแบบซิกแซก ดังแสดงในรูปด้านล่าง ในภาษาของกะลาสีเรือ การเคลื่อนไหวของเรือเช่นนี้เรียกว่า "การยึดเกาะ" ในความหมายที่เข้มงวดของคำนี้"

ตอนนี้ลองพิจารณาทิศทางลมที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่สัมพันธ์กับทิศทางของเรือ

แผนภาพแสดงทิศทางของเรือสัมพันธ์กับลม กล่าวคือ มุมระหว่างทิศทางลมและเวกเตอร์จากท้ายเรือถึงหัวเรือ (หลักสูตร)

เมื่อลมพัดเข้าหน้าคุณ (เลเวนทิค) ใบเรือจะห้อยลงมาจากด้านหนึ่งไปอีกด้านและไม่สามารถเคลื่อนตัวไปตามใบเรือได้ แน่นอน คุณสามารถลดใบเรือลงและเปิดเครื่องยนต์ได้ตลอดเวลา แต่สิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการแล่นเรืออีกต่อไป

เมื่อลมพัดไปทางด้านหลังคุณโดยตรง (ลมพัด ลมพัด) โมเลกุลของอากาศที่ถูกเร่งจะสร้างแรงกดดันต่อใบเรือด้านหนึ่ง และเรือก็เคลื่อนตัว ในกรณีนี้ เรือสามารถเคลื่อนที่ได้ช้ากว่าความเร็วลมเท่านั้น ความคล้ายคลึงของการขี่จักรยานท่ามกลางสายลมได้ผลที่นี่ - ลมพัดไปทางหลังของคุณและหมุนแป้นได้ง่ายกว่า

เมื่อเคลื่อนที่ทวนลม (ระยะประชิด) ใบเรือจะเคลื่อนที่ไม่ใช่เพราะความกดดันของโมเลกุลอากาศบนใบเรือจากด้านหลัง เช่น ในกรณีของกระพือปีก แต่เป็นเพราะแรงยกที่ถูกสร้างขึ้นเนื่องจากความเร็วลมที่แตกต่างกัน ทั้งสองข้างตามใบเรือ ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากกระดูกงู เรือจึงไม่เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางของเรือ แต่จะเคลื่อนไปข้างหน้าเท่านั้น นั่นคือใบเรือในกรณีนี้ไม่ใช่ร่มเช่นเดียวกับในกรณีของใบเรือที่ลากใกล้ แต่เป็นปีกเครื่องบิน

ระหว่างทางของเรา เราแล่นแบบแบ็คสเตย์และลมกัลฟ์เป็นหลักด้วยความเร็วเฉลี่ย 7-8 นอต ด้วยความเร็วลม 15 นอต บางครั้งเราแล่นทวนลม ครึ่งลม และแล่นประชิด และเมื่อลมสงบลงพวกเขาก็เปิดเครื่อง

โดยทั่วไปแล้ว เรือที่มีใบแล่นทวนลมไม่ใช่ปาฏิหาริย์ แต่เป็นความจริง

สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือเรือสามารถแล่นได้ไม่เพียงแต่ทวนลมเท่านั้น แต่ยังเร็วกว่าลมด้วยซ้ำ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อเรือถอยกลับทำให้เกิดลมในตัวมันเอง

“ลมพัด!” - พวกเขาปรารถนาให้กะลาสีเรือทุกคนและมันก็ไร้ประโยชน์โดยสิ้นเชิง: เมื่อลมพัดจากท้ายเรือเรือยอชท์ก็ไม่สามารถเข้าถึงความเร็วสูงสุดได้ ช่วยผมทำไดอะแกรมนี้ครับ วาดิม ซดานกัปตันเรือมืออาชีพ นักแข่ง ผู้จัดงาน และผู้นำเสนอการแข่งเรือยอทช์ อ่านคำแนะนำเครื่องมือบนแผนภาพเพื่อทำความเข้าใจ

2. แรงขับของใบเรือเกิดจากปัจจัยสองประการ ประการแรก ลมพัดมาบนใบเรือ ประการที่สอง ใบเรือเอียงที่ติดตั้งบนเรือยอชท์ที่ทันสมัยที่สุด เมื่ออากาศไหลรอบตัว ทำหน้าที่เหมือนปีกเครื่องบิน เพียงแต่มันไม่ได้พุ่งขึ้นด้านบน แต่ไปข้างหน้า เนื่องจากหลักอากาศพลศาสตร์ อากาศที่ด้านนูนของใบเรือจะเคลื่อนที่เร็วกว่าด้านเว้า และแรงกดดันด้านนอกของใบเรือจะน้อยกว่าด้านใน

3. แรงทั้งหมดที่เกิดจากใบเรือนั้นตั้งฉากกับผืนผ้าใบ ตามกฎของการบวกเวกเตอร์ สามารถแยกแยะแรงดริฟท์ (ลูกศรสีแดง) และแรงดึง (ลูกศรสีเขียว) ได้

5. ในการแล่นทวนลมอย่างเคร่งครัด เรือยอชท์จะยึด: มันจะหันไปทางลมก่อนโดยด้านใดด้านหนึ่งแล้วเคลื่อนไปข้างหน้าเป็นส่วน ๆ - ยึด แทคควรจะยาวแค่ไหน และมุมรับลมที่จะไปคือประเด็นสำคัญของกลยุทธ์กัปตัน

9. กัลฟ์วินด์- ลมพัดตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่

11. ฟอร์ดวินด์- ลมหางเดียวกันที่พัดมาจากท้ายเรือ ตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ นี่ไม่ใช่เส้นทางที่เร็วที่สุด: ที่นี่ไม่ได้ใช้กำลังยกของใบเรือ และขีดจำกัดความเร็วตามทฤษฎีจะต้องไม่เกินความเร็วลม กัปตันที่มีประสบการณ์สามารถทำนายกระแสอากาศที่มองไม่เห็นได้ในลักษณะเดียวกัน

เราดำเนินการต่อชุดสิ่งพิมพ์ที่จัดทำโดยบล็อกวิทยาศาสตร์ยอดนิยมเชิงโต้ตอบ "ฉันจะอธิบายในสองนาที" บล็อกพูดถึงสิ่งที่เรียบง่ายและซับซ้อนที่อยู่รอบตัวเราทุกวัน และไม่ตั้งคำถามใด ๆ จนกว่าเราจะคิดถึงสิ่งเหล่านั้น ตัวอย่างเช่นคุณจะพบว่ายานอวกาศไม่ควรพลาดและไม่ชนกับ ISS เมื่อเทียบท่าได้อย่างไร

1. เป็นไปไม่ได้ที่จะแล่นทวนลมอย่างเคร่งครัด อย่างไรก็ตาม หากลมพัดมาจากด้านหน้าแต่เป็นมุมเล็กน้อย เรือยอชท์ก็อาจเคลื่อนตัวได้ดี ในกรณีเช่นนี้ กล่าวกันว่าเรือกำลังแล่นไปในเส้นทางที่คมกริบ

2. แรงขับของใบเรือเกิดจากปัจจัย 2 ประการ ประการแรก ลมพัดมาบนใบเรือ ประการที่สอง ใบเรือเฉียงที่ติดตั้งบนเรือยอชท์ที่ทันสมัยที่สุด เมื่ออากาศไหลไปรอบ ๆ พวกเขาทำงานเหมือนปีกเครื่องบินและสร้าง "แรงยก" เพียงแต่มันไม่ได้พุ่งขึ้นด้านบน แต่ไปข้างหน้า เนื่องจากหลักอากาศพลศาสตร์ อากาศที่ด้านนูนของใบเรือจะเคลื่อนที่เร็วกว่าด้านเว้า และแรงกดดันด้านนอกของใบเรือจะน้อยกว่าด้านใน

3. แรงทั้งหมดที่เกิดจากใบเรือนั้นตั้งฉากกับผืนผ้าใบ ตามกฎของการบวกเวกเตอร์ สามารถแยกแยะแรงดริฟท์ (ลูกศรสีแดง) และแรงดึง (ลูกศรสีเขียว) ได้

4. บนเส้นทางที่คมกริบ แรงดริฟท์มีมาก แต่รูปร่างของตัวเรือ กระดูกงู และหางเสือสวนกลับด้วย: เรือยอชท์ไม่สามารถแล่นไปด้านข้างได้เนื่องจากการต้านทานน้ำ แต่มันจะเคลื่อนไปข้างหน้าอย่างเต็มใจแม้จะมีแรงฉุดเพียงเล็กน้อยก็ตาม

5. ในการแล่นทวนลมอย่างเคร่งครัด เรือยอชท์จะยึด: มันจะหันไปทางลมก่อนในด้านใดด้านหนึ่งแล้วเคลื่อนไปข้างหน้าเป็นเซ็กเมนต์ - ยึด แทคควรจะยาวแค่ไหน และมุมรับลมที่จะไปคือประเด็นสำคัญของกลยุทธ์กัปตัน

6. เรือลำหนึ่งมีเส้นทางหลักอยู่ห้าเส้นทางที่สัมพันธ์กับลม ต้องขอบคุณ Peter I คำศัพท์เกี่ยวกับการเดินเรือของชาวดัตช์จึงหยั่งรากในรัสเซีย

7. เลเวนทิค- ลมพัดตรงไปที่หัวเรือ ไม่สามารถแล่นไปทางนี้ได้ แต่ต้องหันไปทางลมเพื่อหยุดเรือยอชท์

8.ปิดลมー หลักสูตรเฉียบพลันเดียวกัน เมื่อคุณแล่นในระยะใกล้ ลมจะพัดปะทะหน้าคุณ ดูเหมือนว่าเรือยอทช์กำลังพัฒนาด้วยความเร็วสูงมาก ในความเป็นจริงความรู้สึกนี้เป็นการหลอกลวง

9. กัลฟ์วินด์- ลมพัดตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่

10. แบ็คสเตย์- ลมพัดจากท้ายเรือและจากด้านข้าง นี่คือหลักสูตรที่เร็วที่สุด เรือแข่งเร็วที่แล่นอยู่ข้างหลังสามารถเร่งความเร็วได้เกินความเร็วลมเนื่องจากแรงยกของใบเรือ

11. ฟอร์ดวินด์- ลมหางเดียวกันที่พัดมาจากท้ายเรือ ตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ นี่ไม่ใช่เส้นทางที่เร็วที่สุด: ที่นี่ไม่ได้ใช้กำลังยกของใบเรือ และขีดจำกัดความเร็วตามทฤษฎีจะต้องไม่เกินความเร็วลม กัปตันที่มีประสบการณ์สามารถทำนายกระแสอากาศที่มองไม่เห็นได้ เช่นเดียวกับที่นักบินเครื่องบินสามารถทำนายกระแสลมขึ้นและลมลงได้

คุณสามารถดูแผนภาพแบบโต้ตอบได้ในบล็อก “ฉันจะอธิบายในสองนาที”

พลังขับเคลื่อนลม

เว็บไซต์ NASA ได้เผยแพร่เนื้อหาที่น่าสนใจมากเกี่ยวกับปัจจัยต่างๆ ที่มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของการยกของปีกเครื่องบิน นอกจากนี้ยังมีแบบจำลองกราฟิกเชิงโต้ตอบที่แสดงให้เห็นว่าการยกสามารถสร้างได้ด้วยปีกที่สมมาตรเนื่องจากการโก่งตัวของการไหล

ใบเรือซึ่งทำมุมกับการไหลของอากาศจะเบนทิศทาง (รูปที่ 1d) เมื่อไหลผ่าน "ด้านบน" ซึ่งเป็นด้านใต้ใบเรือ กระแสลมจะเดินทางในเส้นทางที่ยาวกว่า และเคลื่อนที่เร็วกว่าจากด้านลมซึ่งเป็น "ด้านล่าง" ตามหลักการของความต่อเนื่องของการไหล ผลที่ได้คือแรงกดดันด้านใบเรือด้านใต้ลมน้อยกว่าด้านรับลม

เมื่อแล่นด้วย jibe เมื่อใบเรือตั้งฉากกับทิศทางของลม ระดับความกดดันที่เพิ่มขึ้นในด้านรับลมจะมากกว่าระดับความกดดันที่ลดลงในด้านใต้ลม กล่าวคือ ลมจะผลัก เรือยอทช์มากกว่าที่จะดึง เมื่อเรือยอทช์หันไปตามลมมากขึ้น อัตราส่วนนี้ก็จะเปลี่ยนไป ดังนั้น หากลมพัดในแนวตั้งฉากกับเส้นทางของเรือยอทช์ การเพิ่มแรงกดดันบนใบเรือในด้านรับลมจะส่งผลต่อความเร็วน้อยกว่าการลดแรงกดดันด้านลม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ใบเรือจะดึงเรือยอทช์มากกว่าที่มันดัน

การเคลื่อนที่ของเรือยอชท์เกิดขึ้นเนื่องจากลมปะทะกับใบเรือ การวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์นี้นำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดสำหรับผู้เริ่มต้นหลายคน ปรากฎว่าไม่สามารถบรรลุความเร็วสูงสุดได้เลยเมื่อมีลมพัดมาจากด้านหลังโดยตรงและความปรารถนาที่จะ "ลมที่ยุติธรรม" ก็มีความหมายที่คาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิง

ทั้งใบเรือและกระดูกงู เมื่อโต้ตอบกับการไหลของอากาศหรือน้ำ ตามลำดับ จะสร้างแรงยก ดังนั้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของพวกมัน จึงสามารถนำทฤษฎีปีกมาใช้ได้

พลังขับเคลื่อนลม

การไหลของอากาศมีพลังงานจลน์และสามารถเคลื่อนย้ายเรือยอชท์ได้เมื่อโต้ตอบกับใบเรือ การทำงานของทั้งใบเรือและปีกเครื่องบินนั้นอธิบายโดยกฎของเบอร์นูลลี ซึ่งการเพิ่มขึ้นของความเร็วการไหลจะทำให้แรงดันลดลง เมื่อเคลื่อนที่ในอากาศ ปีกจะแบ่งการไหล ส่วนหนึ่งพันรอบปีกจากด้านบน ส่วนหนึ่งจากด้านล่าง ปีกเครื่องบินได้รับการออกแบบเพื่อให้อากาศที่ไหลผ่านด้านบนของปีกเคลื่อนที่เร็วกว่าอากาศที่ไหลใต้ด้านล่างของปีก ผลที่ได้คือแรงดันเหนือปีกต่ำกว่าด้านล่างมาก ความแตกต่างของความดันคือแรงยกของปีก (รูปที่ 1a) ด้วยรูปร่างที่ซับซ้อน ปีกจึงสามารถสร้างแรงยกได้แม้ว่าจะตัดผ่านกระแสน้ำที่เคลื่อนที่ขนานกับระนาบของปีกก็ตาม

ใบเรือสามารถเคลื่อนเรือยอชท์ได้ก็ต่อเมื่ออยู่ในมุมที่กำหนดและเบี่ยงเรือออกไป ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าการยกนั้นเกิดจากเอฟเฟกต์เบอร์นูลลีมากน้อยเพียงใด และผลของการโก่งตัวของการไหลเป็นเท่าใด ตามทฤษฎีปีกแบบคลาสสิก แรงยกเกิดขึ้นเพียงผลจากความแตกต่างของความเร็วการไหลด้านบนและด้านล่างของปีกที่ไม่สมมาตร ในเวลาเดียวกัน เป็นที่ทราบกันดีว่าปีกที่สมมาตรสามารถสร้างแรงยกได้หากติดตั้งในมุมที่กำหนดกับการไหล (รูปที่ 1b) ในทั้งสองกรณี มุมระหว่างเส้นที่เชื่อมต่อจุดด้านหน้าและด้านหลังของปีกกับทิศทางการไหลเรียกว่ามุมการโจมตี

การยกจะเพิ่มขึ้นตามมุมการโจมตีที่เพิ่มขึ้น แต่ความสัมพันธ์นี้ใช้ได้เฉพาะกับค่าเล็กน้อยของมุมนี้เท่านั้น ทันทีที่มุมการโจมตีเกินระดับวิกฤติและการไหลหยุดลง กระแสน้ำวนจำนวนมากจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวด้านบนของปีก และแรงยกจะลดลงอย่างรวดเร็ว (รูปที่ 1c)

นักเดินเรือรู้ดีว่า jibe ไม่ใช่เส้นทางที่เร็วที่สุด หากลมที่มีความแรงเท่ากันพัดเป็นมุม 90 องศากับส่วนหัวเรือยอชท์จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นมาก ในเส้นทาง jibe แรงที่ลมพัดใส่ใบเรือจะขึ้นอยู่กับความเร็วของเรือยอชท์ ด้วยแรงสูงสุด ลมจะกดทับใบเรือของเรือยอทช์ที่ยืนนิ่งอยู่ (รูปที่ 2a) เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น แรงกดดันบนใบเรือจะลดลงและจะมีน้อยที่สุดเมื่อเรือยอทช์ไปถึงความเร็วสูงสุด (รูปที่ 2b) ความเร็วสูงสุดในสนาม jibe จะน้อยกว่าความเร็วลมเสมอ มีสาเหตุหลายประการดังนี้ ประการแรก แรงเสียดทาน ในระหว่างการเคลื่อนไหวใด ๆ พลังงานบางส่วนถูกใช้ไปกับการเอาชนะแรงต่าง ๆ ที่ขัดขวางการเคลื่อนไหว แต่สิ่งสำคัญคือแรงที่ลมพัดบนใบเรือนั้นเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วของลมที่ปรากฏ และความเร็วของลมที่ปรากฏบนเส้นทาง jibe เท่ากับความแตกต่างระหว่างความเร็วของ ลมที่แท้จริงและความเร็วของเรือยอชท์

ทิศทางลมกัลฟ์วินด์ (ทำมุม 90 องศากับลม) เรือยอชท์สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าลม ในบทความนี้ เราจะไม่พูดถึงคุณลักษณะของลมที่ปรากฏ เราจะสังเกตเพียงว่าในเส้นทางลมอ่าว แรงที่ลมกดบนใบเรือขึ้นอยู่กับความเร็วของเรือยอชท์ในระดับที่น้อยกว่า (รูปที่ 2c ).

ปัจจัยหลักที่ป้องกันไม่ให้ความเร็วเพิ่มขึ้นคือแรงเสียดทาน ดังนั้นเรือใบที่มีความต้านทานต่อการเคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อยจึงสามารถเข้าถึงความเร็วที่สูงกว่าความเร็วลมได้มาก แต่ไม่ใช่ในเส้นทาง jibe ตัวอย่างเช่น เรือสามารถเร่งความเร็วได้ที่ความเร็ว 150 กม./ชม. ด้วยความเร็วลม 50 กม./ชม. หรือน้อยกว่านั้น เนื่องจากรองเท้าสเก็ตมีความต้านทานการเลื่อนเล็กน้อย

อธิบายฟิสิกส์ของการแล่นเรือใบ: บทนำ

ไอ 1574091700, 9781574091700

4.4. ผลกระทบของลมบนใบเรือ

เรือที่อยู่ใต้ใบเรือได้รับอิทธิพลจากสภาพแวดล้อมสองประการ ได้แก่ การไหลของอากาศที่กระทำบนใบเรือและส่วนที่อยู่เหนือน้ำของเรือ และน้ำที่กระทำที่ส่วนใต้น้ำของเรือ

ด้วยรูปทรงของใบเรือ แม้ในสภาพลมที่ไม่เอื้ออำนวยที่สุด (ระยะประชิด) เรือจึงสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ ใบเรือมีลักษณะคล้ายปีก โดยส่วนเบี่ยงเบนมากที่สุดคือ 1/3-1/4 ของความกว้างใบเรือห่างจากหาง และมีค่า 8-10% ของความกว้างใบเรือ (รูปที่ 44)

หากลมที่มีทิศทาง B (รูปที่ 45, a) ปะทะกับใบเรือระหว่างทาง ลมจะโค้งรอบทั้งสองด้าน แรงกดดันด้านลมของใบเรือจะสูงกว่า (+) มากกว่าด้านลม (-) ผลลัพธ์ของแรงกดทำให้เกิดแรง P ตั้งฉากกับระนาบของใบเรือหรือคอร์ดที่ผ่านด้านหน้าและด้านหลังและนำไปใช้กับศูนย์กลางของใบเรือของ CP (รูปที่ 45, b)

ข้าว. 44. ประวัติการเดินเรือ:
B - ความกว้างคอร์ดของใบเรือ

ข้าว. 45. แรงที่กระทำต่อใบเรือและตัวเรือ:
a คือผลของลมบนใบเรือ b - ผลกระทบของลมบนใบเรือและน้ำบนตัวเรือ

ข้าว. 46. ​​​​ตำแหน่งที่ถูกต้องของใบเรือในทิศทางลมที่แตกต่างกัน: a - ลากระยะใกล้; b - ลมอ่าว; อิน - จิ๊บ

แรง P ถูกสลายตัวเป็นแรงฉุด T ซึ่งพุ่งขนานกับระนาบศูนย์กลาง (DP) ของเรือ ทำให้เรือเคลื่อนที่ไปข้างหน้า และแรงดริฟท์ D พุ่งตั้งฉากกับ DP ทำให้เรือล่องลอยและม้วนตัว .

แรง P ขึ้นอยู่กับความเร็วและทิศทางของลมที่สัมพันธ์กับใบเรือ ยิ่งมาก.
ถ้า
ผลกระทบของน้ำบนเรือส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับรูปทรงของส่วนที่อยู่ใต้น้ำ

แม้ว่าลมที่พัดในระยะประชิดแรงดริฟท์ D จะเกินแรงขับ T แต่เรือก็เคลื่อนที่ไปข้างหน้า สิ่งนี้ได้รับผลกระทบจากความต้านทานด้านข้าง R 1 ของส่วนใต้น้ำของตัวถังซึ่งมากกว่าความต้านทานด้านหน้า R หลายเท่า

ข้าว. 47. ลมที่ชัดเจน:
V I - ลมที่แท้จริง; В Ш - ลมจากการเคลื่อนที่ของเรือ; ВВ - ลมที่ชัดเจน

Force D แม้ว่าตัวเรือจะมีแรงต้าน แต่ก็ยังคงพัดเรือออกจากแนวเส้นทางได้ เรียบเรียงโดย DP และทิศทางการเคลื่อนไหวที่แท้จริงของเรือ IP
ดังนั้น แรงขับสูงสุดและการเคลื่อนตัวของเรือน้อยที่สุดสามารถหาได้จากการเลือกตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดของระนาบศูนย์กลางของเรือและระนาบของใบเรือที่สัมพันธ์กับลม กำหนดไว้แล้วว่ามุมระหว่าง DP ของเรือกับระนาบใบเรือควรเท่ากับครึ่งหนึ่ง
เมื่อเลือกตำแหน่งของใบเรือที่สัมพันธ์กับ DP และลมหัวหน้าเรือไม่ได้ถูกนำทางโดยความจริง แต่โดยลมที่ชัดเจน (ชัดเจน) ทิศทางที่กำหนดโดยผลลัพธ์ของความเร็วของเรือและ ความเร็วลมที่แท้จริง (รูปที่ 47)

แขนยื่นที่อยู่ด้านหน้าใบเรือจะทำหน้าที่เป็นไม้ระแนง การไหลของอากาศที่ไหลผ่านระหว่างแขนจับและใบเรือส่วนหน้าจะช่วยลดแรงกดดันที่ด้านใต้ลมของใบเรือ ดังนั้นจึงเพิ่มแรงของโคมไฟสนาม สิ่งนี้เกิดขึ้นเฉพาะภายใต้เงื่อนไขที่ว่ามุมระหว่าง jib และ DP ของเรือนั้นมากกว่ามุมระหว่าง foresail และ DP เล็กน้อย (รูปที่ 48, a)