Основные сведения из теории паруса. Влияние ветра и волнения на корабль Мы хотим уделить внимание актуальности обучения новичков

Каким образом движется парусное судно? Очевидно, что причиной движения является давление ветра на парус. Но, что удивительно, парусное судно может двигаться не только в ту сторону, куда дует ветер, но и в противоположную (ну, почти в противоположную, под острым углом, меняя галсы, но тем не менее перемещаясь против движения ветра). Каковы же физические принципы движения судна против ветра?

Рассмотрим силы, действующие на яхту, идущую под парусом под острым углом к ветру. Сила, действующая на паруса, может быть разложена на силу, которая вызывает крен и снос яхты под ветер, - силу дрейфа и силу тяги (см. рис). Посмотрим, как определяется полная сила давления ветра на паруса и от чего зависят силы тяги и дрейфа.

Чтобы представить работу паруса на острых курсах, удобно вначале рассмотреть плоский парус, который испытывает давление ветра под определенным углом атаки. В этом случае за парусом образуются завихрения, на наветренной стороне его возникают силы давления, на подветренной - силы разрежения. Их результирующая R направлена примерно перпендикулярно к плоскости паруса. Для правильного понимания работы паруса ее удобно представить в виде равнодействующей двух составляющих сил: Х-направленной параллельно воздушному потоку (ветру) и Y-перпендикулярной ему.

Сила X, направленная параллельно воздушному потоку, называется силой лобового сопротивления; она создается, кроме паруса, еще и корпусом, такелажем, рангоутом и экипажем яхты.

Сила Y, направленная перпендикулярно воздушному потоку, называется в аэродинамике подъемной силой. Она на острых курсах создает тягу в направлении движения яхты.

Если при том же лобовом сопротивлении паруса Х подъемная сила увеличивается, например, до величины Y1, то, как показано на рисунке, равнодействующая подъемной силы и лобового сопротивления изменится на R и соответственно сила тяги Т увеличится до Т1.

Зависимость сил тяги и дрейфа от подъемной силы и лобового сопротивления паруса

Из этого чертежа видно, что с увеличением лобового сопротивления Х (при той же подъемной силе) тяга Т уменьшается.

Таким образом, есть два пути увеличения силы тяги, а следовательно, и скорости хода на острых курсах: увеличение подъемной силы паруса и уменьшение лобового сопротивления паруса и яхты.

В современном парусном спорте подъемную силу паруса увеличивают придавая ему вогнутую форму с некоторой «пузатостью»: размер от мачты до наиболее глубокого места «пуза» обычно составляет 0,3-0,4 ширины паруса, а глубина «пуза»-около 6-10% ширины. Подъемная сила такого паруса на 20-25% больше, чем совершенно плоского почти при том же лобовом сопротивлении. Правда, яхта с плоскими парусами идет чуть круче к ветру. Однако с «пузатыми» парусами скорость продвижения в лавировку больше благодаря большей тяге. Заметим, что у пузатых парусов увеличивается не только тяга, но и сила дрейфа, а значит, крен и дрейф яхт с пузатыми парусами больше, чем со сравнительно плоскими. Поэтому «пузатость» паруса больше 6-7% при сильном ветре невыгодна, так как увеличение крена и дрейфа приводит к значительному повышению сопротивления корпуса и снижению эффективности работы парусов, которые «съедают» эффект увеличения тяги. При слабых ветрах лучше тянут паруса с «пузом» 9-10%, так как из-за малого общего давления ветра на парус крен невелик.

Секция: физика

Тема: «Физика движения парусной яхты»

Руководитель: Бухольцева О.В., учитель физики

МОУ СОШ №11, г.Северобайкальск

Северобайкальск

Мы хотим уделить внимание актуальности обучения новичков: 2

Новизна 3

Яхты Северобайкальска 3

Физика 4

Закон Бернулли 4

Курс фордевинд 5

Курс галфвинд 6

Расположение веса и взаимодействие вода-корпус 7

Продольное распределение веса. Острые курсы 8

Продольное распределение веса. Полные курсы 8

Поперечное распределение веса при попутном ветре 9

Поперечное распределение веса при попутном ветре и волне 9

Заключение 11

Мы хотим уделить внимание актуальности обучения новичков:

Чтобы достичь цели, нам нужно решить следующие задачи :

1. 
   Рассмотреть виды яхт, которые доступны в Северобайкальске.
2. 
   Изучить природу движения яхты.
3. 
   Оспорить точку зрения новичков в том, что попутный ветер – самое главное.
4. 
   Изучить, как расположение веса влияет на скорость яхты.
5. 
   Рассмотреть влияние физических характеристик воды на скорость яхты.

1. 
   Сбор и анализ информации.
2. 
   Интервью и опрос.
3. 
   Выполнение расчетов.
4. 
   Составление таблиц.
5. 
   Испытания яхт.

Новизна

Яхты Северобайкальска

http://minitonnik.com.ua/?q=node/126

Физика

Движущая сила ветра

Как парус, так и киль, при взаимодействии с потоком, соответственно, воздуха или воды, создают подъемную силу, следовательно, для оптимизации их работы можно применить теорию крыла.

Закон Бернулли

Парус может двигать яхту только в том случае, если находится под некоторым углом к потоку и отклоняет его. Остается вопрос: какая часть подъемной силы связана с эффектом Бернулли, а какая является результатом отклонения потока. Согласно классической теории крыла подъемная сила возникает исключительно в результате разницы скоростей потока над и под ассиметричным крылом. Хорошо известно, что и симметричное крыло способно создавать подъемную силу, если установлено под определенным углом к потоку. В обоих случаях угол между линией соединяющей переднюю и заднюю точки крыла и направлением потока, называется углом атаки.

Подъемная сила увеличивается с увеличением угла атаки, однако эта зависимость работает только при небольших значениях этого угла. Как только угол атаки превышает некий критический уровень и происходит срыв потока, на верхней поверхности крыла образуются многочисленные вихри, а подъемная сила резко уменьшается.

Парус, находясь под углом к воздушному потоку, отклоняет его. Идущий через «верхнюю», подветренную сторону паруса, воздушный поток проходит более длинный путь и, в соответствии с принципом неразрывности потока, движется быстрее, чем с наветренной, «нижней» стороны. В результате – давление с подветренной стороны паруса гораздо ниже, чем с его наветренной стороны.

Курс фордевинд

Яхтсмены знают, что фордевинд далеко не самый быстрый курс. Если ветер той же силы дует под углом 90 градусов к курсу, яхта движется намного быстрее. На курсе фордевинд сила, с которой ветер давит на парус, зависит от скорости яхты. По мере увеличения скорости давление на парус падает и становится минимальный, когда яхта достигает максимальной скорости. Максимальная скорость на курсе фордевинд всегда меньше скорости ветра . Причин тому, несколько: во-первых, трение, при любом движении некоторая часть энергии расходуется на преодоление различных сил препятствующих движению. Но главное то, что сила, с которой ветер давит на парус, пропорциональна квадрату скорости вымпельного ветра, а скорость вымпельного ветра на курсе фордевинд равна разнице скорости истинного ветра и скорости яхты.

Курс галфвинд

.

Расположение веса и взаимодействие вода-корпус

Очевидно, что правильное распределение веса может сыграть решающую роль в определении положения яхты на финише. Решить эту задачу можно при переносе веса в ту или иную точку на яхте.

Главный принцип балансировки яхты состоит в том, чтобы найти равновесие сил, действующих на корпус, и поддерживать положение корпуса в состоянии, которое обеспечит максимальную скорость при тех или иных погодных условиях.

Продольное распределение веса. Острые курсы

1. 
   Легкий ветер

Обычная проблема при слабом ветре – это уменьшение тенденции яхты приводиться. Из-за этого становится трудно отслеживать изменения подъемной силы и идти максимально остро к ветру. При легком ветре положение парусов и такелажа уменьшает тенденцию приводиться и оставляет яхтсменов без ощущений, которыми они привыкли. Классическим решением этой проблемы будет накренить яхту в подветренную сторону, чтобы изменить форму подводной части и усилить тенденцию приводиться. К сожалению, для большинства корпусов этот шаг увеличивает площадь смачиваемой поверхности корпуса, а также увеличивает сопротивление кормы и, соответственно, уменьшает скорость яхты. Если вместо этого перенести вес вперед и пригрузить нос, центр бокового сопротивления сместится вперед, тенденция приводиться увеличится, а площадь смоченной поверхности останется в прежних значениях. Очевидно, что, используя крен для поворота в наветренную сторону, рулевой просто увеличивает сопротивление корпуса.

1. 
   Свежий ветер

Продольное распределение веса. Полные курсы

1. 
   Легкий ветер

Длина ватерлинии является одним из важнейших параметров, определяющим скорость водоизмещающих корпусов. В результате углубления носа может приподняться корма, а это резко уменьшит длину ватерлинии. (При слабом ветре длина ватерлинии менее важна, чем площадь смоченной поверхности). Если вы сидите удобно, скорее всего, вы недостаточно сместились вперед. Посмотрите на воду за кормой: если увидите завихрения потока, смещайтесь вперед.

1. 
   Ветер средней силы

Если принимать во внимание эффект, который создают волны, перемещение вперед-назад может существенно помочь удержать режим глиссирования.

1. 
   Сильный ветер

Поперечное распределение веса при попутном ветре

1. 
   Слабый ветер

Если сила ветра достаточна, на повороте фордевинд можно выполнить следующий трюк.

Сместитесь вперед насколько это возможно и накрените лодку на несколько градусов на ветер, рулем удерживая яхту на нужном курсе. Сначала вы почувствуете небольшую тягу руля, но как только шверт начнет генерировать подъемную силу, давление уменьшится, руль станет легким, нейтральным, и установится в нужном направлении. Такой поворот очень эффективен еще и потому, что позволяет набрать дополнительную высоту по ветру. Но будьте осторожны: если во время такого маневра появится волна, которая погасит скорость, эффект может оказаться катастрофическим.

1. 
   Средний ветер

На современных яхтах существует множество приемов, с помощью которых можно уменьшить тенденцию приводиться. Но если сделать так, чтобы яхта кренилась в наветренную сторону, проблема исчезнет.

Поперечное распределение веса при попутном ветре и волне

При движении полными курсами при сильном волнении форма корпуса должна быть использована для облегчения управления яхтой. Для того, чтобы оседлать попутную волну и предотвратить чрезмерный крен, необходимо резко двигать рулем, а это уменьшает шансы на успех.

Уваливание

Если рассмотреть силы, действующие на лодку, становится понятным, почему при уваливании нос лодки уходит в воду. Крен создает подъемную силу на руле, в результате которой нос притапливается, и усложняет уваливание. Чтобы компенсировать это, необходимо растравить гика-шкот, и нос начнет смещаться под ветер. Тонкую коррекцию курса можно сделать рулем. Во время поворота вес команды лучше сместить назад; в результате этого нос приподнимется, и это поможет ветру развернуть его в нужном направлении.

Поворот оверштаг

По опыту управления малыми швертботами я знаю, что в процессе поворота скорость может резко снизиться. Одной из причин этого является перемещение рулевого в кокпите. Ныряя под гик во время поворота, рулевой смещается назад, притапливает корму, и она начинает работать как неплохой тормоз. Исправить ситуацию можно, если обходить погон лицом назад. При этом центр тяжести смещается не так далеко назад, ведь «пятая точка опоры» тяжелее головы! Это эффективный маневр, но будьте осторожны, уклоняясь от гика, не сгибайтесь слишком сильно – одно движение ногой, и эффект от ваших действий исчез. (При подготовке текста эта рекомендация вызвала серьезное сомнение. Ведь при пересадке лицом назад, рулевой теряет ориентацию, контроль над происходящим вокруг. Предлагаем читателям, принять самостоятельное решение о том, какой способ лучше. – Прим. переводчиков.)

Итак, как распределяем вес:

Основным фактором, который препятствует увеличению скорости, является трение. Поэтому парусники с небольшим сопротивлением движению способны достигать скорости, намного превышающей скорость ветра, но не на курсе фордевинд. Например, буер, за счет того, что коньки обладают ничтожным сопротивлением скольжения, способен разогнаться до скорости 150 км/ч при скорости ветра 50 км/ч и даже меньше.

Заключение

В качестве вступления. Данная статья появилась на свет с подачи и при моральной поддержке моих давних коллег по общению на форуме сайта «Верфь на столе». Целью её было освещение в ограниченных рамках сайта обширного раздела мореходной практики связанной с изменением парусности судна соразмерно силе и направлению ветра. Именно поэтому описывается лишь процесс взятия на рифы и уборки парусов. Публикация рассчитана на людей, знакомых с основными понятиями и терминами из практики вооружения парусных судов. Дабы не повторяться, намеренно упускаю и сокращаю все, что уже было опубликовано на этом сайте и связанно с этой темой, а попытаюсь обобщить то, что на мой взгляд может показаться интересным пытливому читателю в трудах, опубликованных большей частью в России во второй половине XIX века.

Итак, сначала о ветре. Да, да о нем, ибо, не вдаваясь в теорию и подробные расчеты, именно он и есть суть движущая сила парусного судна. В эпоху расцвета парусного кораблестроения моряки характеризовали силу ветра в зависимости от парусов, которые можно было нести, идя курсом бейдевинд. Это объяснялось тем, что при курсе бейдевинд суда вынуждены носить меньшую парусность. Основные причины заключаются в том, что, во-первых, боковое, наиболее опасное с точки зрения потери рангоута воздействие парусов через обрасопленные реи на мачты и стеньги, поддерживаемые вантами и фордунами более сзади, нежели с боков, оказывается наибольшим, чем при иных курсах; во-вторых, боковая остойчивость корабля существенно меньше продольной; и, в-третьих, сила ветра, воздействующая на корабль равно как и другой движущийся объект, зависит от направления его движения, то есть в бейдевинд она увеличивается, а при попутном ветре уменьшается. Поэтому при одном и том же ветре лежа бейдевинд необходимо было брать у марселей рифы, тогда как на фордевинд можно было нести и брамсели. Исходя из вышесказанного, о ветре говорили бом-брамсельный, брамсельный, марсельный, риф-марсельный и ундер-зейль, когда лежа бейдевинд можно поднять бом-брамсели, или идти под брамселями, или только под марселями или под зарифленными марселями, или нести только нижние паруса. Для более точной характеристики ветра говорили, например, ветер брамсельный тихий, марсельный крепкий, риф-марсельный с порывами и т.д. Под штилем подразумевалось полное безветрие, а под штормом – ветер, при котором держались под глухо зарифленным грот-марселем или только под одними триселями. Позднее перешли к более точному определению силы ветра в баллах по системе Бофорта (табл. 1).

Соответственно постепенно увеличивающейся силе ветра постепенно уменьшали парусность судна обычно в следующем порядке:

Убирали брам-стаксели и бом-брамсели с бом-кливером;

Крепили брамсели или оставляя последние, брали у марселей один риф;

Брали у марселей второй риф, причем обычно крепили брамсели;

Брали у марселей третий риф и заменяли кливер фор-стеньги стакселем, при этом кливер старались удерживать как можно дольше;

Крепили крюйсель, брали последний риф у фор- и грот-марселей, брали один риф у бизани;

Крепили фор-марсель и брали последний риф у бизани (или ставили штормовую бизань), фор-стеньги стаксель заменяли фока-стакселем.

Нижние паруса рифились обычно в следующей последовательности: вместе с четвертым рифом у марселей брали первый риф у грота, затем второй риф у грота и первый у фока, затем второй у фока и крепили грот или заменяли его грот-триселем, и, в крайнем случае, когда сила ветра и волнения лишали возможности иметь ход и вынуждали держаться под грот-марселем, крепили фок.

При попутных ветрах порядок постепенной уборки парусов предполагался аналогичным вышеизложенному с той лишь разницей, что для уменьшения рыскливости в бакштаг убирали бизань и крепили крюйсель во время взятия третьего рифа у других марселей.

Таким образом, штормовую парусность в бейдевинд на судах с прямым парусным вооружением составляли обычно глухо зарифленный грот-марсель (о парусе говорили что он глухо зарифлен, если у него были взяты все четыре рифа), фока стаксель и зарифленная бизань. При фордевинде это обычно были фор-стеньги стаксель, зарифленные грот-марсель и фок. Грот-марсель необходим как парус, у которого поднимающиеся сзади волны не отнимают много ветра, фок переносит вперед общий центр парусности, а фор-стеньги стаксель для компенсации случайного сильного рыскания.
В качестве наглядного примера привожу литографию Т. Г. Даттона (T G Dutton). На ней (Рис.1) изображен барк Constance, идущий бакштаг при риф-марсельном ветре под тремя парусами: фор-стеньги стакселем, фоком и грот-марселем, взятым на два рифа; команда в это время убирает фор-марсель и грот. При этом соответствующие лисель-спирты приподняты над реями, чтобы освободить место для укладки парусов.

Рис. 1. Барк Constance, идущий бакштаг.

Нельзя не упомянуть, что количество устанавливаемых парусов зависит не только от силы ветра и его направления относительно курса судна, но и от величины волнения, личного опыта капитана, характеристик и свойств конкретного корабля и некоторых других факторов. Немалую роль играет своевременность принятия решения об изменении парусности при изменении силы ветра: преждевременное уменьшение парусности ведет к потере хода, а передержка может сделать уборку парусов и взятие рифов делом трудным и опасным для марсовых.

Для того, чтобы иметь возможность брать паруса на рифы, в процессе отакелаживания в паруса продевают риф-леера, риф-сезни и риф-штерты; ввязывают кренгельсы и шпрюйты, пришивают лапки и обносные сезни, продевают нок-бензеля и штык-болты. Более подробное рассмотрение этого вопроса, несомненно, может представить интерес с точки зрения изготовления моделей кораблей.

Риф-сезни обычно плелись из пяти шкимушек. Их вешали через шест и из длинных концов сплетали плетенку длиною, достаточной для образования двойного очка, которое было необходимо для того, чтобы продетые риф-сезни не могли проскочить сквозь люверс паруса (Рис. 2). Затем сплетенную часть вешали серединой через шест, делали одним концом оборот вокруг шеста для образования двойного очка, соединяли оба конца и продолжали плести сезень из шкимушек обоих половин. (Рис. 3). Концы сезней обвивали парусной ниткой и крыжевали, прошивая насквозь. Длина риф-сезней должна соответствовать толщине рея, а так как риф вязали на рее как можно выше, задние половины сезней обычно делались длиннее передних, исключая сезней четвертого рифа, у которых наоборот передние концы делались длиннее задних, по причине того, что штык-болт четвертого рифа брался, как правило, сзади рея и сам риф обтягивался под низ рея. В процессе отакелаживания риф-сезни продевали, сидя на полу, два человека – по одному с каждой стороны растянутого паруса. Каждый, взяв одну половину риф-сезня, пропускал ее конец в люверс, в то же время принимал от своего коллеги другой конец сезня и пропускал его в очко своей половины. Далее на конец сезня надевался обыкновенный шкив, люди брались каждый за свой конец руками, ногами упирались в шкивы и таким образом плотно обтягивали сезень, надежно закрепляя его в люверсе. При взятии рифов парусину между реем и соответствующим риф-бантом закатывали и получившийся рулон обвязывали риф-сезнями прямым (Рис. 4) или рифовым узлом (Рис. 5).

Рис. 2 - 5. Риф-сезни.

Во второй половине XIX века через люверсы в риф-банте стали проводить один или два риф-леера одним из показанных ниже способов (Рис. 6). Чтобы полуштыки риф-лееров не могли ослабевать, на них клали бензеля из шкимушгара.

Рис. 6 и 7. Проводка риф-леера.

Риф-сезни с клевантами укреплялись на прутковом леере, служащим для привязки паруса, или на специальном леере, укрепленном позади парусного леера, либо обносились вокруг рея (Рис. 8) (на марса-реях их крепили парами – один для 1-го и 3-го рифа, второй для 2-го и 4-го). При взятии такого рифа парусину подбирали до соответствующего риф-банта, конец риф-сезеня пропускали в петлю риф-леера и закрывали на клевант (Рис. 9).

Рис. 8 и 9. Риф-сезни.

При взятии такого рифа мякоть не трогали, а оставляли висеть между парусом и реем.

Риф-сезни триселей и бизани вырубались из белого троса и вшивались в парус несколько иначе. Вот один из способов: делали в парусе дыру в месте продевания риф-сезеня, продевали его и равняли концы по обе стороны паруса. Затем раскручивали сезень вплотную у паруса, чтобы пряди развернулись и образовали калышки петлями. Пришивали эти петли к парусу, а немного ниже простегивали обе части сезня и паруса насквозь. Концы сезней обвивали парусной ниткой и тоже простегивали насквозь для прочности.

Риф-штерты, их так же называли змейками, служили для удобства притягивания паруса к рею при взятии рифов. Они представляли собой тонкую веревку, один конец которой приплесневывался к люверсу верхней шкаторины; другой конец спускался по передней стороне паруса и прихватывался к шейкам соответствующих риф-сезней вплоть до четвертого рифа (Рис. 7). У нижних парусов делали от 6 до 8 змеек, у марселей по 6, (на малых судах по 4), у крюйселей по 4.

Ветра, которые в Южной части Тихого океана дуют в западном направлении. Именно поэтому наш маршрут был составлен так, чтобы на парусной яхте "Джульетта" двигаться с востока на запад, то есть так, что ветер дует в спину.

Однако если посмотреть на наш маршрут, вы заметите, что часто, например при движении с юга на север от Самоа к Токелау, нам приходилось двигаться перпендикулярно ветру. А иногда направление ветра и вовсе менялось и приходилось идти против ветра.

Маршрут "Джульетты"

Что делать в таком случае?

Парусные суда уже давно умеют ходить против ветра. Об этом давно хорошо и просто написал классик Яков Перельман в своей Второй книге из цикла «Занимательная физика». Этот кусочек я здесь привожу дословно с картинками.

"Под парусами против ветра

Трудно представить себе, как могут парусные суда идти «против ветра» - или, по выражению моряков, идти «в бейдевинд». Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра идти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра. Но угол этот мал - около четверти прямого угла, - и представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра или под углом к нему в 22°.

На деле это, однако, не безразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силой ветра идти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Вы, вероятно думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он толкает парус перпендикулярно к плоскости паруса. В самом деле: пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рисунке ниже; линия АВ обозначает парус.

Ветер толкает парус всегда под прямым углом к его плоскости.

Так как ветер напирает равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем давление ветра силой R, приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на две: силу Q, перпендикулярную к парусу, и силу Р, направленную вдоль него (см. рис. вверху, справа). Последняя сила никуда но толкает парус, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила Q, которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно идти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК изображает килевую линию судна.

Как можно идти на парусах против ветра.

Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении, указанном рядом стрелок. Линия АВ изображает парус; его помещают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рисунке за разложением сил. Напор ветра на парус мы изображаем силой Q, которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу R, перпендикулярную к килю, и силу S, направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так как движение судна в направлении R встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила R почти полностью уравновешивается сопротивлением воды. Остается одна лишь сила S, которая, как видите, направлена вперед и, следовательно, подвигает судно под углом, как бы навстречу ветру. [Можно доказать, что сила S получает наибольшое значение тогда, когда плоскость паруса делит пополам угол между направлениями киля и ветра.]. Обыкновенно это движение выполняется зигзагами, как показывает рисунок ниже. На языке моряков такое движение судна называется «лавировкой» в тесном смысле слова."

Давайте теперь рассмотрим все возможные направления ветра относительно курса лодки.

Схема курсов судна относительно ветра, то есть углом между направлением ветра и вектором от кормы к носу (курсом).

Когда ветер дует в лицо (левентик), паруса болтаются из стороны в сторону и двигаться с парусом невозможно. Разумеется, всегда можно спустить паруса и включить мотор, но это уже не имеет отношения к хождению под парусом.

Когда ветер дует точно в спину (фордевинд, попутный ветер), разогнанные молекулы воздуха оказывают давление на парус с одной стороны и лодка двигается. В этом случае судно может двигаться только медленнее скорости ветра. Здесь работает аналогия катания на велосипеде по ветру - ветер дует в спину и педали крутить легче.

При движении против ветра (бейдевинд) парус двигается не из-за давление молекул воздуха на парус сзади, как в случае фордевинда, а из-за подъемной силы, которая создается за счет разных скоростей воздуха с двух сторон вдоль паруса. При этом из-за киля, лодка двигается не в перпендикулярном к курсу лодки направлении, а только вперед. То есть парус в этом случае - это не зонтик, как в случае бейдевинда, а крыло самолета.

Во время наших переходов мы в основном шли бакштагами и галфвиндами со средней скоростью в 7-8 узлов при скорости ветра от 15 узлов. Иногда мы шли против ветра, галфвиндом и бейдевиндом. А когда ветер затухал - включали мотор.

В общем, лодка с парусом, идущая против ветра - это не чудо, а реальность.

Самое интересное, что лодки умеют ходить не только против ветра, но даже быстрее ветра. Происходит это, когда лодка идет бакштагом, создавая “собственный ветер”.

Думаю, что многие из нас воспользовались бы шансом погрузиться в морскую бездну на каком-нибудь подводном аппарате, но все же, большинство бы предпочло морское путешествие на паруснике. Когда еще не было ни самолетов, ни поездов были лишь только парусники. Без них мир был, не стал таким.

Парусники с прямыми парусами привезли европейцев в Америку. Их устойчивые палубы и вместительные трюмы доставили людей и припасы для строительства Нового мира. Но и у этих старинных кораблей были свои ограничения. Они шли медленно и практически в одном направлении по ветру. С тех пор многое изменилось. Сегодня используют совсем другие принципы управления силой ветра и волн. Так что если захотите прокатиться на современном , придется подучить физику.

Современный парусный спорт это не просто движение по ветру, это нечто воздействующее на парус, и заставляющее его лететь подобно крылу. И это невидимое «нечто» называется подъемной силой, которую ученые называют боковой силой.

Внимательный наблюдатель не мог не заметить, что не зависимо от того куда дует ветер парусная яхта всегда движется туда, куда нужно капитану - даже когда ветер встречный. В чем же секрет такого удивительного сочетания упрямства и послушания.

Многие даже не догадываются, что парус это крыло, и принцип работы крыла и паруса один. В его основе лежит подъемная сила, только если подъемная сила крыла летательного аппарата, используя встречный ветер, толкает самолет вверх, то вертикально расположенный парус направляет парусник вперед. Чтобы объяснить это с научной точки зрения необходимо вернуться к истокам - как работает парус.

Посмотрите, на смоделированный процесс, который показывает, как воздух действует на плоскость паруса. Здесь можно видеть, что потоки воздуха под моделью, имеющие больший изгиб, изгибаются, чтобы обойти ее. При этом потоку приходиться немного ускориться. В результате возникает область низкого давления - это и генерирует подъемную силу. Низкое давление на нижней стороне тянет парус к низу.

Другими словами область с высоким давлением пытается передвинуться к области низкого давления, оказывая давления на парус. Возникает разница давлений, что порождает подъемную силу. Благодаря форме паруса, с внутренней наветренной стороны, скорость ветра меньше, чем с подветренной стороны. На внешней стороне образуется разрежение. В парус в буквальном смысле всасывается воздух, который и толкает парусную яхту вперед.

На самом деле этот принцип довольно прост для понимания, достаточно присмотреться на любое парусное судно. Фокус здесь в том, что парус как бы ни был расположен, передает судну энергию ветра и даже если визуально кажется, что парус должен тормозить яхту, центр приложения сил находится ближе к носу парусника, и сила ветра обеспечивает поступательное движение.

Но это теория, а на практике все чуть по-другому. На самом деле парусная яхта не может идти против ветра - она движется под определенным углом к нему, так называемыми галсами.

Парусник движется за счет баланса сил. Паруса действуют как крылья. Большая часть производимой ими подъемной силы направлено в сторону, и лишь небольшое количество вперед. Впрочем, секрет в этом чудесном явление в так называемом «невидимом» парусе, который находится под днищем яхты. Это киль или на морском языке - шверт. Подъемная сила шверта также производит подъемную силу, которая тоже направлена в основном в бок. Киль противостоит крену и противоположной силе действующей на парус.

Кроме подъемной силы возникает еще и крен - вредное для движения вперед и опасное для экипажа судна явление. Но для того на яхте и существует команда, чтобы служить живым противовесом неумолимым физическим законам.

В современном паруснике и киль, и парус совместными усилиями направляют парусник вперед. Но как подтвердит любой начинающий моряк на практике все намного сложнее, чем в теории. Опытный моряк знает, что малейшие изменения изгиба паруса дают возможность получить больше подъемной силы и контролировать ее направление. Изменяя изгиб паруса, умелый моряк управляет размером и расположением области, производящей подъемную силу. С помощью глубокого изгиба направленного вперед можно создать большую зону давления, но если изгиб слишком велик или передняя кромка слишком крутая молекулы воздуха, обтекающие перестанут следовать его изгибу. Другими словами, если у предмета острые углы частицы потока не смогут совершить поворот - слишком силен импульс движения, это явление получило название «отделившийся поток». Результат этого эффекта - парус «заполощет», потеряв ветер.

А вот еще несколько практических советов использования ветровой энергии. Оптимальный курс выхода на ветер (гоночный бейдевинд). Моряки называют его «ход против ветра». Вымпельный ветер, имеющий скорость 17 узлов, ощутимо быстрее истинного ветра, создающего волновую систему. Разница их направлений составляет 12°. Курс к вымпельному ветру - 33°, к истинному ветру - 45°.