@Πώς βοηθάει ο άνεμος ώστε να πλεύσει μια ιστιοσανίδα ;
Ο Mark, ο ιδρυτής του 3D Enlightenment, δημιούργησε ένα απλό βίντεο για τη φυσική της ιστιοσανίδας.

Στο κλιπ, εξηγεί τη φυσική της δύναμης του ανέμου στο πανί, γιατί η σανίδα δεν πηγαίνει απλώς προς τα κάτω, πώς μπορείτε να πλεύσετε γρηγορότερα από τον άνεμο, γιατί το σχήμα του πανιού παρέχει ανύψωση και πώς να κατευθύνετε την σανίδα .

Να τι συμβαίνει όταν παίρνετε τον εξοπλισμό ιστιοσανίδας σας στο νερό μια θυελλώδη μέρα.

Ο άνεμος είναι σαν εκατομμύρια σωματίδια αέρα που θα χτυπήσουν το πανί. Αυτά τα σωματίδια είναι παρόμοια με μια μπάλα που χτυπά μια άλλη μπάλα.

Στο μπιλιάρδο π.χ., όταν η στέκα χτυπήσει μια μπάλα, η δύναμη μεταφέρεται στην άλλη μπάλα, κάθετα στο σημείο πρόσκρουσης. Εάν ο άνεμος χτυπήσει το πανί όταν βρίσκεται σε γωνία περίπου 45 μοιρών, η δύναμη θα μεταφερθεί στο πανί και θα την ωθήσει προς τα κάτω σε γωνία κάθετη προς το πανί. Επειδή η δύναμη προς τα κάτω είναι υπό γωνία, μπορούμε να την σπάσουμε σε μια δύναμη ευθεία προς τα κάτω και μια δύναμη πέρα ​​από τον άνεμο ή προς τα εμπρός.

Όταν η μπίλια χτυπάει σε ρηχή γωνία, η μεταφερόμενη δύναμη είναι και πάλι κάθετη στο σημείο επαφής, αλλά η δύναμη είναι πολύ μικρότερη λόγω της ρηχής γωνίας.

Εάν το πανί δεν έχει τραβηχτεί πολύ μακριά, η δύναμη από τον άνεμο κάθετα προς το πανί είναι επίσης μικρή.

Ομοίως, όταν η μπίλια χτυπά την μπάλα πιο άμεσα, η μεταφερόμενη δύναμη είναι και πάλι κάθετη στο πανί και είναι επίσης πολύ μεγαλύτερη.

Έτσι, όταν το πανί τραβιέται αρκετά μακριά, η μεταφερόμενη δύναμη είναι σχεδόν απευθείας προς τα κάτω και παράγεται μόνο μια μικρή δύναμη κατά μήκος του ανέμου προς τα εμπρός.

Έτσι, εν συντομία, καθώς τραβάτε το πανί, η δύναμη απέναντι από τον άνεμο ή προς τα εμπρός θα αυξηθεί έως ότου το πανί είναι περίπου 45 μοίρες στον άνεμο και στη συνέχεια θα μειωθεί ξανά καθώς τραβάτε το πανί σε περαιτέρω.

Ιστιοσανίδα: καθώς τραβάτε το πανί, η δύναμη απέναντι από τον άνεμο ή προς τα εμπρός θα αυξηθεί μέχρι το πανί να είναι περίπου 45 μοίρες στον άνεμο |  Φωτογραφία: Carter / PWA

Άνεμος: Μια δυναμική δύναμη
Γιατί λοιπόν ο πίνακας δεν πηγαίνει προς τα κάτω;

Η δύναμη του ανέμου είναι μια δυναμική δύναμη και η δυναμική δύναμη έχει τον τύπο - η δύναμη στο πανί είναι ίση με το ήμισυ της πυκνότητας του αέρα επί της ταχύτητας του ανέμου τετραγωνικά από την περιοχή του πανιού.

Η βασική παράμετρος εδώ είναι η πυκνότητα του αέρα, η οποία είναι πολύ χαμηλή στα 1,2 κιλά ανά κυβικό μέτρο.

Λοιπόν, τι εξισορροπεί την πίεση του ανέμου;

Για να απαντήσουμε σε αυτό, πρέπει να κοιτάξουμε κάτω από το νερό. Εδώ θα βρούμε το πτερύγιο.

Καθώς ο άνεμος φυσάει στο πανί, το πτερύγιο δέχεται πίεση αντίστασης από το νερό.

Τώρα, αυτή η πίεση είναι επίσης μια δυναμική δύναμη που μπορεί να μετρηθεί με τον ίδιο τύπο: η δύναμη στο πτερύγιο είναι ίση με το ήμισυ της πυκνότητας του νερού επί της ταχύτητας του νερού τετραγωνικά επί της περιοχής του πτερυγίου.

Η βασική παράμετρος είναι και πάλι η πυκνότητα και η πυκνότητα του νερού είναι 1000 κιλά ανά κυβικό μέτρο που είναι πολύ μεγαλύτερη από εκείνη του αέρα.

Έτσι, παρόλο που το πτερύγιο είναι πολύ μικρότερο από το πανί, μπορείτε ακόμα να αποφύγετε να χτυπήσετε ευθεία προς τα κάτω.

Και πάλι, το πτερύγιο έχει μια ευρεία πλευρά και μια στενή πλευρά.

Όπως είδαμε προηγουμένως, ο άνεμος προκαλεί δύναμη στο ιστίο προς τα κάτω καθώς και απέναντι από τον άνεμο.

Αν κοιτάξουμε μέσα από το ταμπλό, μπορούμε να δούμε ότι η δύναμη προς τα κάτω συναντάται με την αντίσταση από την ευρεία πλευρά του πτερυγίου, και η εμπρόσθια δύναμη συναντάται με μικρή αντίσταση, και η σανίδα κινείται προς τα εμπρός.

Εάν το ταμπλό κατευθύνεται ελαφρώς προς τα πάνω, η γωνία του πτερυγίου αλλάζει σε σχέση με τον άνεμο και η αντίσταση προς τα κάτω μειώνεται και η αντίσταση προς τα εμπρός γίνεται λίγο μεγαλύτερη.

Εάν το ταμπλό κατευθύνεται προς τα πάνω με γωνία 45 μοιρών περίπου, η γωνία του πτερυγίου σε σχέση με τον άνεμο έχει φθάσει τώρα σε σημείο όπου η αντίσταση έναντι του πτερυγίου προς τα κάτω είναι περίπου η ίδια με εκείνη στην εμπρός κατεύθυνση.

Εάν το ταμπλό κατευθύνεται προς τα πάνω και ακόμη πιο πέρα ​​από τους 45 μοίρες, η γωνία του πτερυγίου σε σχέση με τον άνεμο είναι τέτοια που η αντίσταση προς τα εμπρός είναι τώρα μεγαλύτερη από την αντίσταση προς τα κάτω και η σανίδα θα αρχίσει να κατευθύνεται προς τα κάτω και το σκάφος θα σταματήσει.

Σε αυτό το σημείο, έχετε φτάσει στη ζώνη χωρίς ιστιοπλοΐα όπου δεν μπορείτε πλέον να πλεύσετε προς τα πάνω.

Η αύξηση της επιφάνειας του πτερυγίου θα βελτιώσει την ικανότητά του να πλέει προς τα πάνω. Εάν υπάρχει daggerboard, θα είναι επίσης ευκολότερο να πλεύσετε προς τα πάνω χωρίς ολίσθηση προς τα κάτω.

Φαινόμενο σχήμα προφίλ ανέμου και πανιού
Πώς μπορείτε λοιπόν να πλεύσετε γρηγορότερα από τον άνεμο;

Καθώς ο άνεμος φυσάει και αρχίζετε να επιταχύνετε, σχηματίζεται ένας δεύτερος άνεμος από την κίνηση της σανίδας που κινείται προς τα εμπρός - ακριβώς όπως όταν κολλάτε το κεφάλι σας έξω από το παράθυρο ενός αυτοκινήτου.

Αυτοί οι δύο άνεμοι σχηματίζουν συλλογικά έναν άλλο άνεμο που ονομάζεται φαινομενικός άνεμος , ο οποίος φυσά σε συνδυασμένη γωνία και των δύο άλλων ανέμων.

Αυτό σας επιτρέπει να τραβήξετε ξανά το πανί για τη μεγαλύτερη δύναμη από τον άνεμο.

Το μόνο πράγμα με τον φαινομενικό άνεμο είναι ότι η γωνία της ζώνης χωρίς ιστιοπλοΐα θα αλλάξει επίσης, οπότε αν κινείστε γρήγορα, δεν θα είστε σε θέση να ταξιδέψετε πολύ προς τα πάνω χωρίς να επιβραδύνετε.

Το σχήμα προφίλ του πανιού το ανυψώνει προς τα πάνω;

Γνωρίζουμε ότι το σχήμα προφίλ της πτέρυγας του αεροπλάνου βοηθά στην ανύψωση.

Το προφίλ μιας πτέρυγας έχει σχήμα τέτοιο, καθώς ο άνεμος φυσά πάνω από την κορυφή του φτερού, δημιουργεί χαμηλή πίεση πάνω από την παροχή ανύψωσης.

Εάν κοιτάξετε το σχήμα προφίλ ενός πανιού, μπορείτε να δείτε ότι έχει επίσης το ίδιο σχήμα.

Εάν ρίξουμε μια ματιά σε έναν προσομοιωτή πτέρυγας από τον ιστότοπο της NASA, το μαύρο κουτί στην επάνω αριστερή γωνία δείχνει το προφίλ της πτέρυγας και τον άνεμο που έρχεται από τα αριστερά.

FoilSim: ένα εργαλείο προσομοίωσης της NASA που επιτρέπει στους ανθρώπους να μάθουν για φτερά και αεροπλάνα

Προσανατολίζοντας το προφίλ των πτερυγίων υπό γωνία προς τον άνεμο, όπως θα ήταν σε ένα windsurfer που εμφανίζεται με κόκκινο χρώμα (δείτε το παρακάτω βίντεο), μπορείτε να δείτε από την προσομοίωση ότι η δύναμη ανύψωσης που εμφανίζεται στο κόκκινο κουτί είναι στην πραγματικότητα αρνητική, τραβώντας την σανίδα προς τα κάτω προς την κατεύθυνση του πορτοκαλί βέλους.

Υπάρχει λοιπόν ανελκυστήρας προς τα πάνω; Η απάντηση είναι όχι.

Το καμπύλο προφίλ του πανιού δεν το σηκώνει προς τα πάνω. Στην πραγματικότητα, το τραβάει προς τα κάτω.

Λοιπόν, πώς οδηγείτε τον πίνακα;

Πρώτον, για να κατευθυνθείτε προς τα πάνω. Συμβουλή πίσω. Αυτό μεταφέρει την πίεση στο πίσω πόδι σας.

Αυτό θέτει επιπλέον δύναμη στο πίσω μέρος της σανίδας για ολίσθηση προς τα κάτω, προκαλώντας τη μύτη ή το τόξο της σανίδας προς τα πάνω.

Έτσι, για να στρίψετε προς τα κάτω, είναι πολύ παρόμοιο. Αναποδογυρίζετε το πανί ελαφρώς προς τα εμπρός, το οποίο ασκεί πίεση στο μπροστινό πόδι σας.

Αυτό ωθεί τη μύτη ή το τόξο της σανίδας προς τα κάτω.