Paano makakakilos ang mga naglalayag na barko laban sa hangin. Mga Aral sa Yate: Bakit nakakapaglayag ang yate laban sa hangin? Totoo at maliwanag na hangin sa yachting

Mahirap isipin kung paano maaaring pumunta ang mga naglalayag na barko "laban sa hangin" - o, tulad ng sinasabi ng mga mandaragat, pumunta sa "malapit na paghatak". Totoo, sasabihin sa iyo ng isang marino na hindi ka maaaring direktang maglayag laban sa hangin, ngunit maaari ka lamang lumipat sa isang matinding anggulo sa direksyon ng hangin 3. Ngunit ang anggulong ito ay maliit - halos isang-kapat ng isang tamang anggulo - at tila, marahil, ay pantay na hindi maintindihan: kung direktang maglayag laban sa hangin o sa isang anggulo dito ng 22°.

3 (Posible na gumamit lamang ng enerhiya ng hangin at mahigpit na kumilos laban sa hangin kung ang layag ay papalitan ng isang wind engine tulad ng windmill, na magpapaikot sa propeller ng barko. Mayroong kahit isang kilalang problema ni P. L. Kapitsa tungkol sa gayong hindi pangkaraniwang sasakyang-dagat sa unang tingin (tingnan din ang magasin: Boats and Yachts, 1981, No. 1, p. 25).)

Sa katotohanan, gayunpaman, hindi ito walang malasakit, at ipapaliwanag natin ngayon kung paano posible na lumipat patungo dito sa isang bahagyang anggulo sa pamamagitan ng lakas ng hangin. Una, tingnan natin kung paano karaniwang kumikilos ang hangin sa layag, iyon ay, kung saan itinutulak nito ang layag kapag humihip ito. Marahil ay iniisip mo na ang hangin ay palaging itinutulak ang layag sa direksyon na iihip nito. Ngunit hindi ganito: saanman umihip ang hangin, itinutulak nito ang layag na patayo sa eroplano ng layag.

Sa totoo lang. Hayaang umihip ang hangin sa direksyon na ipinahiwatig ng mga arrow sa Fig. 17, linya AB naglalarawan ng isang layag.

Dahil pantay-pantay ang pagpindot ng hangin sa buong ibabaw ng layag, pinapalitan namin ng puwersa ang puwersa ng presyon ng hangin R, inilapat sa gitna ng layag. I-decompose natin ang puwersang ito sa dalawa: puwersa Q, patayo sa layag, at ang puwersa R nakadirekta pasulong kasama nito. Lakas R ang layag ay hindi tumutulak kahit saan, dahil ang alitan ng hangin sa canvas ay bale-wala. Nananatili ang lakas Q na nagtutulak sa layag sa tamang mga anggulo dito.

Dahil alam natin ito, madali nating mauunawaan kung paano maglayag ang isang barkong naglalayag sa isang matinding anggulo patungo sa hangin. Hayaang ang linyang KK (Larawan 18) ay kumakatawan sa linya ng kilya ng barko. Ang hangin ay umiihip sa isang matinding anggulo sa linyang ito sa direksyon na ipinahiwatig ng mga arrow. Ang linya AB ay kumakatawan sa isang layag; ito ay inilalagay upang ang eroplano nito ay humahati sa anggulo sa pagitan ng direksyon ng kilya at ng direksyon ng hangin. Bakas sa Fig. 18. para sa pagkakawatak-watak ng pwersa. Kinakatawan namin ang presyon ng hangin sa layag sa pamamagitan ng puwersa Q, na, alam namin, ay dapat na patayo sa layag. Hatiin natin ang puwersang ito sa dalawa: puwersa B, patayo sa kilya, at puwersa S, na nakadirekta pasulong sa linya ng kilya ng barko. Dahil ang paggalaw ng sisidlan sa direksyon B ay nakakaranas ng malakas na pagtutol mula sa tubig (keel in mga barkong naglalayag nagiging napakalalim), kung gayon ang puwersa B ay halos ganap na balanse ng paglaban ng tubig. Nananatili lamang ang isang puwersa S, na, tulad ng nakikita mo, ay nakadirekta pasulong at, samakatuwid, gumagalaw ang barko sa isang anggulo, na parang patungo sa hangin *. Karaniwan ang paggalaw na ito ay ginagawa sa mga zigzag, tulad ng ipinapakita sa Fig. 19. Sa wika ng mga mandaragat, ang naturang paggalaw ng barko ay tinatawag na "tacking" sa buong kahulugan ng salita 4.

* (Mapapatunayan na ang puwersa S ay pinakamalaki kapag ang eroplano ng layag ay naghati sa anggulo sa pagitan ng kilya at direksyon ng hangin.)

4 (Mayroong ilang mga isyu sa paglalayag na kawili-wili mula sa pananaw ng isang physicist. Maaari kang matuto nang higit pa tungkol sa isport na ito at ilan sa mga teknikal na problema ng paglalayag, halimbawa, mula sa mga aklat: Glovatsky V. Kamangha-manghang mundo mga layag: Mga sanaysay sa kasaysayan ng paglalayag - M.: Progress, 1979; Proctor Ya. Hangin, alon at agos - L.: Gidrometeoizdat, 1981.)

Ipinagpapatuloy namin ang serye ng mga publikasyong inihanda ng interactive na sikat na blog sa agham na "I'll Explain in Two Minutes." Ang blog ay nag-uusap tungkol sa mga simple at kumplikadong bagay na nakapaligid sa atin araw-araw at hindi nagtataas ng anumang mga katanungan hangga't hindi natin iniisip ang mga ito. Halimbawa, doon mo malalaman kung paano hindi nakakaligtaan at hindi nabangga ang mga spaceship sa ISS kapag nagdo-dock.

1. Imposibleng maglayag nang mahigpit laban sa hangin. Gayunpaman, kung ang hangin ay umiihip mula sa harap, ngunit bahagyang sa isang anggulo, ang yate ay maaaring gumalaw. Sa ganitong mga kaso, ang barko ay sinasabing naglalayag sa isang matalim na landas.


2. Ang thrust ng isang layag ay nabuo sa pamamagitan ng dalawang mga kadahilanan. Una, pinipindot lang ng hangin ang mga layag. Pangalawa, ang mga pahilig na layag na naka-install sa karamihan sa mga modernong yate, kapag ang hangin ay dumadaloy sa kanilang paligid, gumagana tulad ng isang pakpak ng eroplano at lumikha ng "lakas ng pag-aangat", tanging ito ay nakadirekta hindi paitaas, ngunit pasulong. Dahil sa mga kakaibang katangian ng aerodynamics, ang hangin mula sa matambok na bahagi ng layag ay gumagalaw nang mas mabilis kaysa mula sa malukong bahagi, at ang presyon mula sa sa labas Mayroong mas kaunting mga layag kaysa sa panloob.


3. Ang kabuuang puwersa na nilikha ng layag ay nakadirekta patayo sa canvas. Ayon sa panuntunan ng pagdaragdag ng vector, posibleng makilala ang drift force (pulang arrow) at ang puwersa ng traksyon (berdeng arrow).


4. Sa matutulis na mga kurso, ang drift force ay mahusay, ngunit ito ay sinasalungat ng hugis ng katawan ng barko, kilya at timon: ang yate ay hindi maaaring tumagilid dahil sa water resistance. Ngunit kusang-loob itong dumudulas pasulong kahit na may maliit na puwersa ng traksyon.


5. Upang maglayag nang mahigpit laban sa hangin, ang yate ay tacks: lumiliko muna ito sa hangin sa isang gilid o sa iba pa, sumusulong sa mga segment - mga tacks. Gaano dapat katagal ang mga tacks at sa anong anggulo ng hangin dapat － mahahalagang isyu ng mga taktika ng skipper.


6. Mayroong limang pangunahing mga kurso ng isang barko na may kaugnayan sa hangin. Salamat kay Peter I, ang Dutch maritime terminology ay nag-ugat sa Russia.


7. Leventik－ direktang umiihip ang hangin sa busog ng barko. Hindi ka maaaring maglayag sa kursong ito, ngunit ang pagliko sa hangin ay ginagamit upang ihinto ang yate.


8. Saradong hangin－ ang parehong talamak na kurso. Kapag malapitan ka, humahampas ang hangin sa iyong mukha, kaya parang napakabilis ng yate. Sa katunayan, ang pakiramdam na ito ay mapanlinlang.


9. Gulfwind－ ang hangin ay umiihip patayo sa direksyon ng paggalaw.


10. Backstay－ umiihip ang hangin mula sa popa at mula sa gilid. Ito ang pinakamabilis na kurso. Ang mga fast racing boat na naglalayag nang backstayed ay nakakapagpabilis sa bilis na lampas sa bilis ng hangin dahil sa lakas ng pag-angat ng layag.


11. Fordewind－ ang parehong tailwind na umiihip mula sa popa. Taliwas sa mga inaasahan, hindi ito ang pinakamabilis na kurso: dito ang lakas ng pag-angat ng layag ay hindi ginagamit, at ang teoretikal na limitasyon ng bilis ay hindi lalampas sa bilis ng hangin. Maaaring hulaan ng isang bihasang skipper ang invisible air currents tulad ng paghula ng piloto ng eroplano ng mga updraft at downdraft.


Maaari mong tingnan ang isang interactive na bersyon ng diagram sa "I'll Explain in Two Minutes" na blog.

Mahirap isipin kung paano maaaring pumunta ang mga naglalayag na barko "laban sa hangin" - o, tulad ng sinasabi ng mga mandaragat, pumunta sa "malapit na paghatak". Totoo, sasabihin sa iyo ng isang marino na hindi ka maaaring direktang maglayag laban sa hangin, ngunit maaari ka lamang lumipat sa isang matinding anggulo sa direksyon ng hangin. Ngunit ang anggulong ito ay maliit - halos isang-kapat ng isang tamang anggulo - at tila, marahil, ay pantay na hindi maintindihan: kung direktang maglayag laban sa hangin o sa isang anggulo dito ng 22°.

Sa katotohanan, gayunpaman, hindi ito walang malasakit, at ipapaliwanag natin ngayon kung paano posible na lumipat patungo dito sa isang bahagyang anggulo sa pamamagitan ng lakas ng hangin. Una, tingnan natin kung paano karaniwang kumikilos ang hangin sa layag, iyon ay, kung saan itinutulak nito ang layag kapag humihip ito. Marahil ay iniisip mo na ang hangin ay palaging itinutulak ang layag sa direksyon na iihip nito. Ngunit hindi ganito: saanman umihip ang hangin, itinutulak nito ang layag na patayo sa eroplano ng layag. Sa katunayan: hayaang umihip ang hangin sa direksyon na ipinahiwatig ng mga arrow sa figure sa ibaba; linya AB nagsasaad ng layag.


Palaging itinutulak ng hangin ang layag sa tamang mga anggulo sa eroplano nito.

Dahil pantay-pantay ang pagpindot ng hangin sa buong ibabaw ng layag, pinapalitan namin ang presyon ng hangin ng puwersang R na inilapat sa gitna ng layag. Hatiin natin ang puwersang ito sa dalawa: puwersa Q, patayo sa layag, at ang puwersang P na nakadirekta dito (tingnan ang figure sa itaas, kanan). Ang huling puwersa ay nagtutulak sa layag kahit saan, dahil ang alitan ng hangin sa canvas ay hindi gaanong mahalaga. Nananatili ang lakas Q na nagtutulak sa layag sa tamang mga anggulo dito.

Dahil alam natin ito, madali nating mauunawaan kung paano maglayag ang isang barkong naglalayag sa isang matinding anggulo patungo sa hangin. Hayaan ang linya QC inilalarawan ang linya ng kilya ng barko.


Paano ka maglalayag laban sa hangin?

Ang hangin ay umiihip sa isang matinding anggulo sa linyang ito sa direksyon na ipinahiwatig ng isang serye ng mga arrow. Linya AB naglalarawan ng isang layag; ito ay inilalagay upang ang eroplano nito ay humahati sa anggulo sa pagitan ng direksyon ng kilya at ng direksyon ng hangin. Sundin ang pamamahagi ng mga puwersa sa figure. Kinakatawan namin ang lakas ng hangin sa layag Q, na alam nating dapat patayo sa layag. Hatiin natin ang puwersang ito sa dalawa: puwersa R, patayo sa kilya, at ang puwersa S, nakadirekta pasulong, kasama ang linya ng kilya ng sisidlan. Dahil sa direksyon ang galaw ng barko R nakakatugon sa malakas na resistensya ng tubig (ang kilya sa mga barkong naglalayag ay ginawang napakalalim), pagkatapos ay ang puwersa R halos ganap na balanse ng water resistance. Tanging lakas ang natitira S, na, tulad ng nakikita mo, ay nakadirekta pasulong at, samakatuwid, gumagalaw ang barko sa isang anggulo, na parang patungo sa hangin. [Mapapatunayan na ang lakas S tumatanggap ng pinakamalaking halaga kapag hinahati ng eroplano ng layag ang anggulo sa pagitan ng mga direksyon ng kilya at hangin.]. Karaniwan ang paggalaw na ito ay ginagawa sa mga zigzag, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba. Sa wika ng mga mandaragat, ang naturang paggalaw ng barko ay tinatawag na "tacking" sa mahigpit na kahulugan ng salita.

Sa tingin ko, marami sa atin ang magsasamantalang sumisid sa kailaliman ng dagat gamit ang isang uri ng sasakyan sa ilalim ng dagat, ngunit mas gusto pa rin ng karamihan. paglalakbay sa dagat sa isang bangka. Noong walang mga eroplano o tren, mayroon lamang mga bangka. Kung wala sila, ang mundo ay hindi kung ano ito.

Ang mga bangkang may tuwid na layag ay nagdala ng mga Europeo sa Amerika. Ang kanilang mga stable deck at malawak na hold ay may dalang mga lalaki at mga supply para itayo ang New World. Ngunit ang mga sinaunang barkong ito ay may mga limitasyon din. Mabagal silang naglakad at halos sa iisang direksyon pababa ng hangin. Maraming nagbago mula noon. Ngayon ay gumagamit sila ng ganap na magkakaibang mga prinsipyo para sa pagkontrol sa lakas ng hangin at alon. Kaya kung gusto mong sumakay ng moderno, kailangan mong matutunan ang ilang pisika.

Moderno paglalayag ito ay hindi lamang kumikilos kasama ng hangin, ito ay isang bagay na kumikilos sa layag at nagpapalipad dito na parang pakpak. At ang hindi nakikitang "isang bagay" na ito ay tinatawag na pag-angat, na tinatawag ng mga siyentipiko na lateral force.

Ang isang matulungin na nagmamasid ay hindi maiwasang mapansin na kahit saang direksyon ang ihip ng hangin, ang naglalayag na yate ay palaging gumagalaw kung saan ito gusto ng kapitan - kahit na ang hangin ay salungat sa hangin. Ano ang sikreto ng gayong kamangha-manghang kumbinasyon ng katigasan ng ulo at pagsunod.

Maraming mga tao ang hindi nakakaalam na ang isang layag ay isang pakpak, at ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang pakpak at isang layag ay pareho. Ito ay batay sa pag-angat lamang kung ang pag-angat ng pakpak sasakyang panghimpapawid, gamit ang headwind, itinutulak ang eroplano paitaas, pagkatapos ay ididirekta ng patayong posisyong layag ang bangka pasulong. Upang ipaliwanag ito mula sa isang pang-agham na pananaw, kinakailangan na bumalik sa mga pangunahing kaalaman - kung paano gumagana ang isang layag.

Tingnan ang simulate na proseso na nagpapakita kung paano kumikilos ang hangin sa eroplano ng layag. Dito makikita mo na ang hangin ay dumadaloy sa ilalim ng modelo, na may mas malaking liko, yumuko upang lumibot dito. Sa kasong ito, ang daloy ay kailangang bumilis ng kaunti. Bilang isang resulta, lumilitaw ang isang lugar na may mababang presyon - ito ay bumubuo ng pagtaas. Ang mababang presyon sa ilalim na bahagi ay humihila ng layag pababa.

Sa madaling salita, ang isang lugar na may mataas na presyon ay sumusubok na lumipat patungo sa isang lugar na may mababang presyon, na naglalagay ng presyon sa layag. Lumilitaw ang isang pagkakaiba sa presyon, na bumubuo ng pagtaas. Dahil sa hugis ng layag, ang bilis ng hangin sa loob ng hanging bahagi ay mas mababa kaysa sa leeward na bahagi. May nabubuong vacuum sa labas. Ang hangin ay literal na sinipsip sa layag, na nagtutulak sa naglalayag na yate pasulong.

Sa katunayan, ang prinsipyong ito ay medyo simple upang maunawaan; Ang trick dito ay ang layag, gaano man ito nakaposisyon, ay naglilipat ng enerhiya ng hangin sa barko, at kahit na sa paningin ay tila dapat pabagalin ng layag ang yate, ang sentro ng paggamit ng mga puwersa ay mas malapit sa busog ng bangka, at ang lakas ng hangin ay nagbibigay ng pasulong na paggalaw.

Ngunit ito ay isang teorya, ngunit sa pagsasanay ang lahat ay medyo naiiba. Sa katunayan, ang isang naglalayag na yate ay hindi maaaring maglayag laban sa hangin - ito ay gumagalaw sa isang tiyak na anggulo dito, ang tinatawag na mga tacks.

Gumagalaw ang isang bangka dahil sa balanse ng mga puwersa. Ang mga layag ay kumikilos na parang mga pakpak. Karamihan sa pag-angat na ginagawa nila ay nakadirekta sa gilid, na may maliit na halaga pasulong. Gayunpaman, ang lihim sa kahanga-hangang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang tinatawag na "invisible" na layag, na matatagpuan sa ilalim ng ilalim ng yate. Ito ay isang kilya o, sa nautical language, isang centerboard. Ang pag-angat ng centerboard ay gumagawa din ng pag-angat, na pangunahing nakadirekta sa gilid. Ang kilya ay lumalaban sa takong at ang magkasalungat na puwersa na kumikilos sa layag.

Bilang karagdagan sa puwersa ng pag-aangat, nangyayari rin ang isang roll - isang hindi pangkaraniwang bagay na nakakapinsala sa paggalaw ng pasulong at mapanganib para sa mga tripulante ng barko. Ngunit iyon ang dahilan kung bakit mayroong isang tripulante sa yate, upang magsilbi bilang isang buhay na panimbang sa hindi maiiwasang mga batas ng pisika.

Sa isang modernong bangka, ang kilya at ang layag ay nagtutulungan upang itulak ang bangkang pasulong. Ngunit tulad ng makumpirma ng sinumang baguhan na mandaragat, sa pagsasagawa, ang lahat ay mas kumplikado kaysa sa teorya. Alam ng isang bihasang marino na ang kaunting pagbabago sa liko ng layag ay ginagawang posible na makakuha ng higit na pagtaas at kontrolin ang direksyon nito. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng liko ng layag, kinokontrol ng isang dalubhasang mandaragat ang laki at lokasyon ng lugar na gumagawa ng pagtaas. Sa isang malalim na pasulong na liko maaari kang lumikha malaking lugar presyon, ngunit kung ang liko ay masyadong malaki o ang nangungunang gilid ng mga molekula ng hangin ay masyadong matarik, ang daloy sa paligid ng mga ito ay hindi na susunod sa liko. Sa madaling salita, kung ang bagay ay may matalim na sulok, ang mga particle ng daloy ay hindi maaaring lumiko - ang momentum ng paggalaw ay masyadong malakas, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na "separated flow". Ang resulta ng epekto na ito ay ang layag ay "wawalis", mawawala ang hangin.

At narito ang ilan pa praktikal na payo paggamit ng enerhiya ng hangin. Pinakamainam na patungo sa hangin (karera ng malapit na hangin). Tinatawag ito ng mga mandaragat na “paglalayag laban sa hangin.” Ang maliwanag na hangin, na may bilis na 17 knots, ay kapansin-pansing mas mabilis kaysa sa totoong hangin na lumilikha ng sistema ng alon. Ang pagkakaiba sa kanilang mga direksyon ay 12°. Kurso sa maliwanag na hangin - 33°, sa totoong hangin - 45°.

“Tailwind!” - nais nila ang lahat ng mga mandaragat, at ito ay ganap na walang kabuluhan: kapag ang hangin ay humihip mula sa popa, ang yate ay hindi maabot ang pinakamataas na bilis. Tinulungan akong gawin ang diagram na ito Vadim Zhdan, propesyonal na skipper, racer, organizer at presenter regatta ng yate.Basahin ang mga tooltip sa diagram upang malaman ito.

2. Ang thrust ng isang layag ay nabuo dahil sa dalawang salik. Una, pinipindot lang ng hangin ang mga layag. Pangalawa, ang mga pahilig na layag na naka-install sa karamihan sa mga modernong yate, kapag ang hangin ay dumadaloy sa paligid nila, kumikilos tulad ng isang pakpak ng eroplano, tanging ito ay nakadirekta hindi paitaas, ngunit pasulong. Dahil sa aerodynamics, ang hangin sa matambok na bahagi ng layag ay gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa malukong bahagi, at ang presyon sa labas ng layag ay mas mababa kaysa sa loob.

3. Ang kabuuang puwersa na nilikha ng layag ay nakadirekta patayo sa canvas. Ayon sa panuntunan ng pagdaragdag ng mga vectors, posibleng makilala ang drift force (pulang arrow) at ang puwersa ng traksyon (berdeng arrow).

5. Upang maglayag nang mahigpit laban sa hangin, ang yate ay tacks: lumiliko ito sa hangin na may isang gilid o sa iba pa, sumusulong sa mga segment - tacks. Gaano dapat katagal ang mga tacks at sa anong anggulo ng hangin dapat － mahahalagang isyu ng mga taktika ng skipper.

9. Gulfwind－ ang hangin ay umiihip patayo sa direksyon ng paggalaw.

11. Fordewind－ ang parehong tailwind na umiihip mula sa popa. Taliwas sa mga inaasahan, hindi ito ang pinakamabilis na kurso: dito ang lakas ng pag-angat ng layag ay hindi ginagamit, at ang teoretikal na limitasyon ng bilis ay hindi lalampas sa bilis ng hangin. Maaaring mahulaan ng isang bihasang skipper ang invisible air currents sa parehong paraan

 

Maaaring kapaki-pakinabang na basahin: