He oído que el alcance de una viga (perpendicular al viento) es el punto más rápido de vela en los veleros modernos, pero no he escuchado nada satisfactorio. explicación de la física detrás de la afirmación.
Las velas triangulares impulsan el barco formando un perfil aerodinámico y generando sustentación. Con una superficie aerodinámica rígida, como el ala de un avión, tengo entendido que la sustentación debe ser proporcional a la velocidad del aire sobre la lámina. Eso implicaría que navegar contra el viento debería ser más rápido, ya que el viento aparente es mayor cuando se navega contra el viento verdadero. Al mismo tiempo, si uno navega hacia el ojo del viento, la vela pierde su forma y deja de actuar como un perfil aerodinámico.
La tensión entre estos dos procesos indicaría un óptimo en algún punto entre la navegación de ceñida (lo más cerca posible de la dirección del viento mientras se mantiene la forma de la vela; generalmente a unos 45˚ del viento) y una amplia alcance.
Podemos descartar correr antes del viento (navegar directamente en dirección opuesta), porque entonces la vela actúa como un paracaídas en lugar de un perfil aerodinámico, por lo que el barco nunca puede ir más rápido que el viento (mientras que , en un mar infinito de agua sin fricción y sin resistencia del aire, navegar contra el viento haría que el barco acelerara para siempre, ¡mucho mejor!)
Además, supongo que hay que considerar la dirección de la fuerza del viento. . Si podemos suponer que la fuerza del viento en la vela es perpendicular a la botavara (lo cual no estoy muy seguro de que podamos), entonces en una viga alcanzar la componente delantera del vector de fuerza del viento es mayor que cuando se navega cerca. remolcado, donde la botavara está más alineada con la línea central del barco. Quizás ese sea en realidad el factor más importante.
Luego está el arrastre del viento y el agua, pero no estoy seguro cuánto importa eso para esta pregunta en particular … también hay olas a considerar, que viajan en la misma dirección que el viento y, por lo tanto, también favorecerían el alcance de un haz, pero supongamos que no son significativas.
Entonces, como profano, no estoy seguro de si mi línea de pensamiento realmente se sostiene (por así decirlo). ¿Mi pensamiento es correcto y, de ser así, cuál de los fenómenos es el principal responsable de que el alcance del rayo sea el más rápido?
Comentarios
- Volver cuando estaba aprendiendo a navegar, me dijeron que los tramos anchos eran un poco más rápidos que la viga. Pero en cualquier caso, la pregunta de por qué los tramos (en general) son rápidos en balandras es buena.
- Yo ‘ también he escuchado eso, como habitual, depende del barco; Creo que la mayoría de los barcos son más rápidos en una viga, y algunas clases son más rápidos en una amplia. Y sí, la pregunta es más fundamentalmente por qué navegar contra el viento no es ‘ t tan rápido 🙂
- ¿Alguna vez ha tomado una semilla de sandía mojada entre el pulgar y el dedo y lo apretó, para hacerlo disparar? Esa ‘ es una forma burda de describir lo que ‘ está sucediendo. La vela es un dedo y la orza es el otro. Si no hubiera arrastre de agua, realmente no hay límite para la velocidad a la que puede ir el barco. Realmente puede hacer esto a favor o en contra del viento también, pero el efecto es más fuerte en un tramo.
- Para todos los botes de regata que navegué, el punto más rápido de la navegación era por lo general un tramo ligeramente cercano (podría haber comenzó como una viga o incluso un alcance amplio, pero cuando el barco se movía rápido, era un alcance cercano). Un factor importante es la ranura entre el brazo principal y el brazo principal, que hace más en tramos más cercanos. Para las clases a las que se les permite colocar spinnakers, el punto más rápido de navegación puede ser más amplio, ya que los spinnakers no pueden ‘ situarse en tramos muy cercanos. Para los catamaranes (que nunca navegué en serio) más o menos, todos los puntos de navegación terminan tan cerca como los barcos son tan rápidos.
Respuesta
En el alcance de una viga, la botavara está sobre el costado del barco y la elevación del viento es un vector dirigido hacia la proa, en la dirección de viaje.
En un recorrido cercano, la botavara está cerca de la línea central del barco y la elevación del viento es un vector dirigido hacia el costado del barco, casi ortogonal a la dirección de viaje.
A El barco de ceñida depende de la presión del agua contra el lado de sotavento de la quilla para mantenerlo en movimiento hacia adelante, en lugar de ser empujado hacia los lados.
En un alcance de viga, hay menos presión de agua en el lado de sotavento y la embarcación puede atravesar el agua con menos resistencia.
Esto es una simplificación, ya que los ángulos de navegación reales varían, pero la velocidad más alta en un tramo se debe al viento que eleva la embarcación en la dirección de su viajar en lugar de pulli colóquelo de lado en contra de su dirección de desplazamiento, como en un recorrido cercano.
Otra forma de decir esto es que si considera que el bote es un hoyo naranja húmedo y resbaladizo sostenido entre el pulgar y el índice (entre el viento y el agua), apretar la punta cónica del hoyo lo disparará, pero apretar los lados planos del foso tendrá poco efecto.
Respuesta
El punto más rápido de vela depende del barco ( tanto la forma del casco como el plano de la vela), la fuerza del viento y el estado de la mar. En general, el alcance de una viga no es el punto más rápido de vela.
Por ejemplo, con viento muy suave, algunos barcos irán más rápido en un tramo cercano debido al aumento del viento aparente al ir en contra del viento. Para los barcos que navegan más rápido que el viento, el factor limitante de la velocidad es qué tan cerca pueden navegar del viento aparente; cuando van más rápido que la velocidad del viento, el viento aparente siempre está delante del rayo. Un ángulo más amplio con el viento real les permite ir más rápido antes de que sus velas se arrinconen completamente, por lo que un alcance amplio es lo más rápido.
Consulte los diagramas polares en este sitio:
https://76trombones.wordpress.com/2009/10/17/polar-diagrams-vmg/
90 grados con respecto al viento real no suele ser el más rápido.
En cuanto a por qué algunos ángulos son más rápidos que otros, eso es un poco complicado y más allá del alcance de esta respuesta. Basta decir que a medida que navega más cerca del viento, el componente de sustentación en la dirección de viaje es menor, además de que aumenta la resistencia. Así que reduce la velocidad a medida que se acerca a un curso de ceñida. A medida que se aleja para correr, las velas eventualmente se estancan y son menos eficientes. En algún lugar entre un recorrido de ceñida y una carrera, encontrarás el ángulo de velocidad máxima, que a veces es de aproximadamente 90 grados con respecto al viento real, pero no siempre.
Por cierto, debo agregar que el término «alcance del haz» no «tiene una definición precisa. Algunas fuentes dicen que el alcance de un rayo es de 90 grados con respecto al viento verdadero , otras dicen que es de 90 grados con respecto al viento aparente . La mayoría de las fuentes introducen los puntos de vela antes del concepto de viento aparente y eluden la diferencia por completo. Para los barcos que solo van a una fracción de la velocidad del viento (es decir, la gran mayoría de ellos) no es una distinción tan importante. En la respuesta anterior, he utilizado la definición de viento real, pero incluso si eliges la definición de viento aparente, el alcance de un haz no siempre es el más rápido. Los barcos que van más rápido que el viento tienen las velas recortadas para ceñirlas independientemente de su punto de vista. navegar.
Comentarios
- La mayor parte de esta respuesta tiene sentido, como alguien que ha pasado unos miles de horas compitiendo en botes, pero » Los barcos que van más rápido que el viento tienen las velas recortadas para ceñirlas sin importar su punto de vela. » es simplemente, evidentemente, falso como afirmación general. Muchos botes pequeños suelen ir más rápido que el viento verdadero en los puntos de vela alrededor de un alcance de la viga , y ninguno se acercaría ni a la configuración de la vela ni al ángulo de escora de un verdadero configuración de ceñida.
- Es cierto que muchos botes modernos planearán para alcanzar sus velocidades máximas, pero estos puntos de vela deben ser amplios alcances , n ni siquiera alcances cercanos , porque la orza debe levantarse para lograr la planificación. Evan, un albacora de estilo antiguo, volará con una fuerte brisa en un amplio alcance.
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El rumbo más rápido no es exactamente perpendicular al viento verdadero, sino ligeramente a favor del viento. La compensación óptima a favor del viento es el ángulo de viento aparente que el barco puede navegar (beta), que es pequeño para barcos eficientes (15 grados) y botes de hielo (< 10 grados).
La geometría se explica aquí: http://en.wikipedia.org/wiki/Sailing_faster_than_the_wind#Maximum_speed_course_sailing_angle
Respuesta
Los tramos a favor del viento son mucho más rápidos, como se vio durante la última Copa América.
Razón simple: si el arrastre en el casco es bajo, puede obtener un «viento de frente» significativo que se agrega al vector de viento real para dar el viento aparente.
Este viento aparente debe estar en un ángulo «sensato» con respecto al barco – componente lateral suficiente para que pueda todavía «empuja» la vela.
Cuanto menor sea la resistencia del barco, más a favor del viento se encuentra este óptimo. El AC72 utilizado en la Americas Cup alcanzó velocidades superiores a 40 nudos con un viento de 20 nudos ; en ese punto, el ángulo del viento aparente era de 19 grados, aunque el barco está nominalmente en un alcance amplio.
Puede encontrar un buen diagrama y una explicación en https://www.nauticed.org/sailing-blog/americas-cup-apparent-wind/
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La idea de que el vector de sustentación de la vela debe estar cerca de la dirección de viaje no es correcta. Solo un componente del vector de sustentación debe estar en la dirección de la marcha y es posible que solo sea un componente pequeño.
Creo que esto es más fácil de entender si hace una suposición simplificadora. Olvídese de las aspas aerodinámicas y demás. Piense en la tabla central del bote como una especie de patín, incapaz de moverse hacia los lados, pero capaz de moverse hacia adelante o hacia atrás casi sin resistencia. (Como un bote de hielo.)
De manera similar, piense en la vela como algo que puede moverse hacia adelante con facilidad en el aire, pero no hacia los lados, como si el aire fuera una sustancia como gelatina y la vela fuera una cuchillo. En esa situación, el barco actúa como un enlace entre el aire y el agua, en el sentido de que si el barco viaja hacia adelante en el agua, el aire debe moverse hacia los lados, porque la vela no está paralela a la orza. Del mismo modo, si el aire se mueve hacia los lados, el barco debe avanzar (o retroceder). Cuanto más cerca esté la vela paralela a la orza, más debe moverse el barco.
Suponga la vela y la orza no son paralelas, sino que forman un pequeño ángulo entre sí. Si el aire no está inmóvil con respecto al agua, sino que se mueve a través de él una cierta distancia, eso hará que el bote se mueva otra distancia, porque la vela solo puede cortar el aire y la orza solo puede cortar el agua.
De hecho, cuanto más cerca esté la vela paralela a la orza, más lejos tendrá que moverse el barco, porque ni la vela ni la orza pueden deslizarse lateralmente en su medio. En el límite donde el ángulo se aproxima a cero, la distancia que debe recorrer el barco se aproxima al infinito. Esto no depende de la dirección en la que apunte el barco, siempre que no esté directamente a favor o en contra del viento. Funciona en cualquier otro punto de la vela.
Por supuesto, no hay resistencia cero en el agua o en el aire, y la componente de la fuerza del aire paralela al desplazamiento puede volverse bastante pequeña, por lo que viajar perpendicular al viento puede dar mejores resultados, lo que responde a su pregunta. Pero tenga en cuenta que todo depende del ángulo entre la vela y la orza. Cuanto más cerca, más rápido puede ir en principio, si no fuera por la resistencia.
De hecho, cuanto menor es la resistencia, en el agua y el aire, más rápido puede ir el barco. Mira este video.
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Clásicamente, está llegando, el rumbo más rápido del velero. Suele ocurrir que al alcanzar la proyección de la fuerza del viento sobre el vector de propagación son valores máximos, y también el barco permanece estable, en términos de escora, ya que la proyección escora de la fuerza del viento se vuelve pequeña. Cuando el barco navega con la viga alcanzando la fuerza de escora es grande, el barco gana resistividad debido a la escora y deriva. Por lo tanto, tal fuente podría ser óptima para yates de hielo o monocascos, especialmente con velas Hugh Gennakers o Code Zero (como en Volvo Ocean Racing). «Velero moderno»: hoy en día son monocascos de foiling, que se propagan a una velocidad de más de 50 nudos, y el viento en sus marcos de referencia difiere significativamente del marco de referencia de la tierra, y la dirección del viento para el yate no es la misma, la dirección del viento tiende al ojo del viento, de acuerdo con la suma del vector del viento real y el vector de velocidad del yate
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- Lo siento, esta respuesta es bastante confusa …