Вітру, які у Південній частині Тихого океану дмуть у західному напрямку. Саме тому наш маршрут було складено так, щоб на вітрильній яхті "Джульєтта" рухатися зі сходу на захід, тобто так, що вітер дме у спину.

Однак якщо подивитися на наш маршрут, ви помітите, що часто, наприклад, при русі з півдня на північ від Самоа до Токелау, нам доводилося рухатися перпендикулярно до вітру. А іноді напрям вітру зовсім змінювався і доводилося йти проти вітру.

Маршрут "Джульєтти"

Що робити у такому разі?

Вітрильні судна вже давно вміють ходити проти вітру. Про це давно добре і просто написав класик Яків Перельман у своїй Другій книзі із циклу «Цікава фізика». Цей шматочок я тут доводжу дослівно з картинками.

"Під вітрилами проти вітру

Важко уявити собі, як можуть вітрильні судна йти «проти вітру» - або, за словами моряків, йти «в бейдевінд». Правда, моряк скаже вам, що проти вітру йти під вітрилами не можна, а можна рухатися лише під гострим кутом до напрямку вітру. Але кут цей малий - близько чверті прямого кута, - і видається, мабуть, однаково незрозумілим: чи плисти прямо проти вітру чи під кутом до нього 22°.

Насправді це, однак, не байдуже, і ми зараз пояснимо, яким чином силою вітру можна йти назустріч йому під невеликим кутом. Спочатку розглянемо, як діє вітер на вітрило, т. е. куди він штовхає вітрило, коли дме на нього. Ви, мабуть, думаєте, що вітер завжди штовхає вітрило в той бік, куди сам дме. Але це не так: хоч би вітер дув, він штовхає вітрило перпендикулярно до площини вітрила. Справді: нехай вітер дме у напрямку, вказаному стрілками на малюнку нижче; лінія АВ позначає вітрило.

Вітер штовхає вітрило завжди під прямим кутом до його площини.

Так як вітер напирає рівномірно на всю поверхню вітрила, замінюємо тиск вітру силою R, прикладеної до середини вітрила. Цю силу розкладемо на дві: силу Q, перпендикулярну до вітрила, і силу Р, спрямовану вздовж нього (див. рис. вгорі, праворуч). Остання сила нікуди не штовхає вітрило, оскільки тертя вітру об полотно незначне. Залишається сила Q, яка штовхає вітрило під прямим кутом до нього.

Знаючи це, ми легко зрозуміємо, як парусне судно може йти під гострим кутом назустріч вітру. Нехай лінія КК зображує кільову лінію судна.

Як можна йти вітрилами проти вітру.

Вітер дме під гострим кутом до цієї лінії у напрямку, вказаному поруч стрілок. Лінія АВ зображує вітрило; його поміщають так, щоб площина його ділила навпіл кут між напрямком кіля та напрямом вітру. Простежте малюнку за розкладанням сил. Натиск вітру на вітрило ми зображуємо силою Q, яка, ми знаємо, має бути перпендикулярна до вітрила. Цю силу розкладемо на дві: силу R, перпендикулярну до кіля, і силу S, спрямовану вперед, уздовж кільової лінії судна. Оскільки рух судна у бік R зустрічає сильний опір води (кіль у вітрильних суднах робиться дуже глибоким), то сила R майже повністю врівноважується опором води. Залишається лише сила S, яка, як бачите, спрямована вперед і, отже, рухає судно під кутом, ніби назустріч вітру. [Можна довести, що сила S набуває найбільшого значення тоді, коли площина вітрила ділить навпіл кут між напрямками кіля та вітру.]. Зазвичай цей рух виконується зигзагами, як показує малюнок нижче. Мовою моряків такий рух судна називається «лавіровкою» у тісному значенні слова."

Давайте розглянемо всі можливі напрямки вітру щодо курсу човна.

Схема курсів судна щодо вітру, тобто кутом між напрямком вітру та вектором від корми до носа (курсом).

Коли вітер дме в обличчя (левентик), вітрила бовтаються з боку на бік і рухатися з вітрилом неможливо. Зрозуміло, завжди можна спустити вітрила і увімкнути мотор, але це вже не має відношення до ходіння під вітрилом.

Коли вітер дме точно в спину (фордевінд, попутний вітер), розігнані молекули повітря чинять на вітрило з одного боку і човен рухається. У цьому випадку судно може рухатися лише повільніше за швидкість вітру. Тут працює аналогія катання на велосипеді за вітром – вітер дме в спину та педалі крутити легше.

При русі проти вітру (бейдевінд) вітрило рухається не через тиск молекул повітря на вітрило ззаду, як у випадку фордевінду, а через підйомну силу, яка створюється за рахунок різних швидкостей повітря з двох сторін уздовж вітрила. При цьому через кіль човен рухається не в перпендикулярному до курсу човна напрямку, а тільки вперед. Тобто вітрило в цьому випадку – це не парасолька, як у випадку бейдевінду, а крило літака.

Під час наших переходів ми в основному йшли бакштагами та галфвіндами із середньою швидкістю в 7-8 вузлів при швидкості вітру від 15 вузлів. Іноді ми йшли проти вітру, галфвіндом та бейдевіндом. А коли вітер загасав – вмикали мотор.

Загалом, човен з вітрилом, що йде проти вітру – це не диво, а реальність.

Найцікавіше, що човни вміють ходити не тільки проти вітру, але навіть швидше за вітер. Відбувається це, коли човен іде бакштагом, створюючи "власний вітер".

Галси, Повні курси, Лавірування, Вимпельний вітер та …

Галс – напрямок руху щодо вітру, коли кут, утворений з напрямком вітру – більший за нуль.

Відповідно, правий галс - права нога або рука попереду, тобто ви завжди стоїте спиною до вітру, і рух у правий бік - правий галс, в лівий бік - лівий галс. Залежно від величини цього кута курс щодо лінії вітру може бути гострим або повним.

• Левентик (le vent)- положення судна щодо вітру, коли кут лінії вітру – близько нуля. Оскільки вітрильне судно йти таким курсом не може, зазвичай кажуть не "курс", а "становище левентик".
• Бейдевінд (bij de wind)- гострий курс щодо лінії вітру, коли вітер дме під кутом від 0 до 80°. Може бути крутий бейдевінд (до 50 °) та повний (від 50 до 80 °).

Повними курсамивважаються, коли вітер дме під кутом близьким до 90 ° або під тупим кутом до напрямку руху. До таких курсів відносяться:

• Галфвінд (halve wind), або піввітру – вітер дме під кутом від 80° до 100°.
• Бакштаг (bakstag)- вітер дме під кутом від 100 до 150 ° (крутий бакштаг) і від 150 ° до 170 ° (повний бакштаг).
• Фордевінд- Той самий «попутний вітер», якого бажають морякам, хоча в вітрильному спорті цей курс аж ніяк не найшвидший, як слід було б очікувати. Вітер дме в корму під кутом від 170 ° одного борту до 170 ° іншого борту.

Лавірування.
Прямо проти вітру ви не можете йти. Якщо необхідно потрапити в будь-яку точку, розташовану вище за вітром, то застосовується лавірування, рух до мети курсом бейдевінд - змінними галсами. Для зміни галсу необхідно здійснити поворот. Також пам'ятайте, що при будь-якому курсі ви трохи дрейфуєте (зливаєтеся) за вітром, тому не можна чітко поставити напрямок руху до точки, потрібно завжди брати курс трохи вище на вітер, тобто із запасом.

Визначення напрямків вітру щодо вас.

• Навітряна сторона– коли ви стоїте спиною до вітру, то навітряною стороною буде спина, відповідно – навітряний борт дошки там, де п'яти.
• Підвітряна сторона- навпаки, це все, що знаходиться спереду від вас (за вітром), коли стоїте спиною до вітру. Підвітряна сторона – там де стоять ваші шкарпетки на дошці.

Вимпельний вітер (Apparent Wind).
Швидкість вимпельного вітру є геометрична сума швидкостей істинного вітру і вітру, що викликається рухом яхти (курсовий вітер). Якщо швидкість руху по воді становить 1 м/с, то швидкість індукованого вітру дорівнює 1 м/с у напрямку на ніс. Чим швидше рухається спортсмен, тим сильніший індукований вітер, і – відповідно, сильніший вимпельний вітер. Він також посилюється, якщо ви йдете на вірний вітер (проти вітру).

Пересування вітрильної яхти за вітром фактично визначається простим тиском вітру на її вітрило, що штовхає судно вперед. Однак, як показали дослідження в аеродинамічній трубі, подорож під вітрилом проти вітру піддає вітрило впливу складнішого набору сил.

Коли повітря, що набігає, обтікає увігнуту задню поверхню вітрила, швидкість повітря зменшується, у той час як при обтіканні опуклої передньої поверхні вітрила ця швидкість зростає. У результаті задньої поверхні вітрила утворюється область підвищеного тиску, але в передній - зниженого. Різниця тисків на двох сторонах вітрила створює силу, що тягне (штовхає), яка переміщає яхту вперед під кутом до вітру.

Вітрильна яхта, розташована приблизно під прямим кутом до вітру (за морською термінологією - яхта йде галсом), швидко рухається вперед. Вітрило піддається впливу тягнучої та бічної сил. Якщо вітрильна яхта йде під гострим кутом до вітру, її швидкість уповільнюється через зменшення сили, що тягне, і збільшення бічної. Чим сильніше вітрило повернене до корми, тим повільніше яхта рухається вперед, зокрема через велику бічну силу.

Вітрильна яхта не може пливти прямо проти вітру, проте може просуватися вперед, здійснюючи серію зигзагоподібних коротких переміщень під кутом до вітру, які називаються галсами. Якщо вітер дме в лівий борт (1), кажуть, що яхта йде лівим галсом, якщо правий борт (2) - правим галсом. Щоб швидше пройти дистанцію, яхтсмен намагається збільшувати до межі швидкість яхти, регулюючи положення її вітрила, як і показано малюнку зліва внизу. Для мінімізації відхилення у бік від прямої лінії, яхта пересувається, змінюючи курс з правого галсу на лівий і навпаки. Коли яхта змінює курс, вітрило перекидається в інший борт, і збігу його площині з лінією вітру якийсь час полощется, тобто. перебуває у бездіяльності (середній малюнок під текстом). Яхта потрапляє в так звану мертву зону, втрачаючи швидкість доти, доки вітер знову не надує вітрило з протилежного боку.

Є два основних типи вітрил - прямий і косий. Прямий - це звичайне вітрило, розташоване впоперек корпусу шматок тканини, який тягне корабель туди, куди дме вітер. Косе вітрило (зазвичай трикутне, але зустрічається і чотирикутне) дозволяє використовувати енергію вітру так, щоб корабель міг йти проти повітряного потоку.

Насправді це виглядає так: зустрічний вітер обтікає особливим чином налаштований вітрило і штовхає судно вперед і вбік. Таким чином яхта або човен може йти в потрібному напрямку зигзагами (галсами), підставляючи вітру один, то інший борт.

Саме ця технологія дозволила вітрильним кораблям здобути принципово іншу свободу пересування. Вона зробила надійними торгові маршрути, що насамперед повністю залежали тільки від попутних вітрів. Корабель із прямими вітрилами, використовуючи попутний вітер, міг досягти потрібного місця, проте, щоб повернутися назад, йому доводилося чекати зміни напряму вітру іноді багато тижнів. Зрозуміло, що таке плавання було ненадійним та непередбачуваним. Косе вітрило частково вирішило цю проблему. Сама ідея плисти під вітрилом проти вітру абсолютно парадоксальна! Але вона цілком відповідає законам фізики.

Сьогодні складно точно встановити, хто першим винайшов косе вітрило, проте ми знаємо, що до Європи це відкриття прийшло через арабів, які регулярно відвідували води Індійського океану. Там вони, найімовірніше, і побачили подібне технічне рішення на судах полінезійців. Останні не могли б освоювати Тихий океан так активно, як вони це робили, якби вони не мали косого вітрила. Втім, широко застосовували косе вітрило та китайці.

Як би там не було, косе вітрило дуже швидко поширювалося в Середземному морі з його стабільними і передбачуваними повітряними потоками. Тут переважають вітри, що дмуть з південного сходу на північний захід. І звичайно, для кораблів, яким треба було плисти в протилежний бік, це було проблемою. Вирішили ж її завдяки косому вітрилу.

Як розвивалася техніка?

Першим європейським варіантом цього винаходу стало латинське вітрило - трикутне косе вітрило, укріплене збоку від щогли (фото 1). Він дозволив успішно плавати проти вітру. Однак така конструкція була дуже трудомісткою, тому що при зміні вітру латинське вітрило доводилося знімати з одного боку щогли та встановлювати з іншого боку.

Впоратися з цією проблемою допоміг винахід гафельного вітрила (фото 2). Це той же косий вітрило, тільки чотирикутний і натягнутий не збоку від щогли, а за нею, причому його верхня кромка (верхня шкаторина) закріплена на гафелі, а нижня кромка (нижня шкаторина) закріплена на гіку - горизонтальних елементах конструкції, що розтягують цей парус.

Самі гафель та гік одним кінцем закріплені на вертикальній щоглі. Завдяки цим винаходам вітрило стало набагато простіше переносити з одного на інший борт при зміні галсу. До вісімнадцятого століття така конструкція косого вітрила повністю витіснила латинське вітрило.

На початку 20-го століття на зміну гафельному вітрилу прийшов так званий бермудський вітрило (фото 3), який і досі є найпоширенішим типом вітрила. Зародився він у регіоні Бермудських островів, де ним користувалися місцеві рибалки. Там секрет «підглянули» європейці. А завдяки тому, що до цього моменту вже було відкрито аеродинамічні закони, бермудський винахід швидко вийшов у лідери парусної індустрії.

Бермудське вітрило - це трикутне вітрило, передня шкаторина якого розтягується по щоглі, а нижня - по гіку. За простотою управління та ефективності він показує найкращі результати. Саме такі вітрила стоять на переважній більшості сучасних парусних яхт (фото 3).

Варто зазначити, що сьогодні, говорячи про вітрильник, ми майже завжди маємо на увазі вітрильну яхту. Яхти та яхтинг - це нова сторінка в історії вітрила, не менш захоплююча, ніж її давні витоки. Але про це – наступного разу.

Наталія Нікітіна – член команди вітрильної школи Gokova Sailing Phuket (www.gokovaphuket.ru). Якщо ви хочете спробувати себе в парусному спорті, зв'яжіться зі школою електронною поштою [email protected].

Нещодавно йшли крутий бойдевінд.
І вкотре помічаю, що коли встаєш на курс бойдевінд, то швидкість у райне 2-3 вузли.
Але якщо човен розігнати мотором до 6-7 не змінюючи курсу, а потім потихеньку мотор вимкнути, то
Вона продовжує перти на 5-6 вузлів без допомоги двигуна.
Що за бар'єрний ефект тут кермує?
Схоже на те, що потрібно враховувати потужність вітру, яка пропорційна кубу швидкості і ось це збільшення швидкості зустрічного вітру на три вузли достатня, щоб збільшити на три вузли швидкість човна.
Інших ідей поки що немає.

Оригінал взято у mursic Як ходити на вітрильній яхті проти вітру?

У Західній Полінезії, у серпні та вересні переважно дмухають пасати, вітри, які у Південній частині Тихого океану дмуть у західному напрямку. Саме тому наш маршрут було складено так, щоб на вітрильній яхті "Джульєтта" рухатися зі сходу на захід, тобто так, що вітер дме у спину.

Однак якщо подивитися на наш маршрут, ви помітите, що часто, наприклад, при русі з півдня на північ від Самоа до Токелау, нам доводилося рухатися перпендикулярно до вітру. А іноді напрям вітру зовсім змінювався і доводилося йти проти вітру.

Маршрут "Джульєтти"

Що робити у такому разі?

Вітрильні судна вже давно вміють ходити проти вітру. Про це давно добре і просто написав класик Яків Перельман у своїй Другій книзі із циклу «Цікава фізика». Цей шматочок я тут доводжу дослівно з картинками.

"Під вітрилами проти вітру

Важко уявити собі, як можуть вітрильні судна йти «проти вітру» - або, за словами моряків, йти «в бейдевінд». Правда, моряк скаже вам, що проти вітру йти під вітрилами не можна, а можна рухатися лише під гострим кутом до напрямку вітру. Але кут цей малий - близько чверті прямого кута, - і видається, мабуть, однаково незрозумілим: чи плисти прямо проти вітру чи під кутом до нього 22°.

Насправді це, однак, не байдуже, і ми зараз пояснимо, яким чином силою вітру можна йти назустріч йому під невеликим кутом. Спочатку розглянемо, як діє вітер на вітрило, т. е. куди він штовхає вітрило, коли дме на нього. Ви, мабуть, думаєте, що вітер завжди штовхає вітрило в той бік, куди сам дме. Але це не так: хоч би вітер дув, він штовхає вітрило перпендикулярно до площини вітрила. Справді: нехай вітер дме у напрямку, вказаному стрілками на малюнку нижче; лінія АВ позначає вітрило.

Вітер штовхає вітрило завжди під прямим кутом до його площини.

Так як вітер напирає рівномірно на всю поверхню вітрила, замінюємо тиск вітру силою R, прикладеної до середини вітрила. Цю силу розкладемо на дві: силу Q, перпендикулярну до вітрила, і силу Р, спрямовану вздовж нього (див. рис. вгорі, праворуч). Остання сила нікуди не штовхає вітрило, оскільки тертя вітру об полотно незначне. Залишається сила Q, яка штовхає вітрило під прямим кутом до нього.

Знаючи це, ми легко зрозуміємо, як парусне судно може йти під гострим кутом назустріч вітру. Нехай лінія КК зображує кільову лінію судна.

Як можна йти вітрилами проти вітру.

Вітер дме під гострим кутом до цієї лінії у напрямку, вказаному поруч стрілок. Лінія АВ зображує вітрило; його поміщають так, щоб площина його ділила навпіл кут між напрямком кіля та напрямом вітру. Простежте малюнку за розкладанням сил. Натиск вітру на вітрило ми зображуємо силою Q, яка, ми знаємо, має бути перпендикулярна до вітрила. Цю силу розкладемо на дві: силу R, перпендикулярну до кіля, і силу S, спрямовану вперед, уздовж кільової лінії судна. Оскільки рух судна у бік R зустрічає сильний опір води (кіль у вітрильних суднах робиться дуже глибоким), то сила R майже повністю врівноважується опором води. Залишається лише сила S, яка, як бачите, спрямована вперед і, отже, рухає судно під кутом, ніби назустріч вітру. [Можна довести, що сила S набуває найбільшого значення тоді, коли площина вітрила ділить навпіл кут між напрямками кіля та вітру.]. Зазвичай цей рух виконується зигзагами, як показує малюнок нижче. Мовою моряків такий рух судна називається «лавіровкою» у тісному значенні слова."

Давайте розглянемо всі можливі напрямки вітру щодо курсу човна.

Схема курсів судна щодо вітру, тобто кутом між напрямком вітру та вектором від корми до носа (курсом).

Коли вітер дме в обличчя (левентик), вітрила бовтаються з боку на бік і рухатися з вітрилом неможливо. Зрозуміло, завжди можна спустити вітрила і увімкнути мотор, але це вже не має відношення до ходіння під вітрилом.

Коли вітер дме точно в спину (фордевінд, попутний вітер), розігнані молекули повітря чинять на вітрило з одного боку і човен рухається. У цьому випадку судно може рухатися лише повільніше за швидкість вітру. Тут працює аналогія катання на велосипеді за вітром – вітер дме в спину та педалі крутити легше.

При русі проти вітру (бейдевінд) вітрило рухається не через тиск молекул повітря на вітрило ззаду, як у випадку фордевінду, а через підйомну силу, яка створюється за рахунок різних швидкостей повітря з двох сторін уздовж вітрила. При цьому через кіль човен рухається не в перпендикулярному до курсу човна напрямку, а тільки вперед. Тобто вітрило в цьому випадку – це не парасолька, як у випадку бейдевінду, а крило літака.

Під час наших переходів ми в основному йшли бакштагами та галфвіндами із середньою швидкістю в 7-8 вузлів при швидкості вітру від 15 вузлів. Іноді ми йшли проти вітру, галфвіндом та бейдевіндом. А коли вітер загасав – вмикали мотор.

Загалом, човен із вітрилом, що йде проти вітру – це не диво, а реальність.

Найцікавіше, що човни вміють ходити не тільки проти вітру, але навіть швидше за вітер. Відбувається це, коли човен іде бакштагом, створюючи "власний вітер".