JACHTOMANIA
wszystko o żeglarstwie

Teoria żeglowania

Odpowie nam min. na pytania:
Dlaczego jacht płynie pod wiatr?

Czy wiatr pcha jacht czy go popycha?
Dlaczego jacht się przechyla?
Co zrobić aby jacht płynął szybciej?
Co zrobić aby jacht się nie przewrócił?
(...)

Najpierw jednak musimy przypomnieć sobie troszkę wiadomości z fizyki...

Wektor

Wektor jest graficznym symbolem wielkości fizycznej, np. siły ( jej wartości i kierunku jej działania).

Dodawanie wektorów

Wektor „c” jest sumą wektorów „a” i „b” czyli tzw. wypadkową wektorów „a” i „b

Czyli, jeżeli dwie osoby niosą razem torbę (każdy za jedno ucho), jedna z siłą "a"  a druga siłą "b" to torba jest utrzymywana przez wspólną siłę "c"

Wiatr

  • Wiatr rzeczywisty WR – to naturalny ruch powietrza wywołany różnicą ciśnienia, (odczuwalny gdy stoimy)
  • Wiatr własny WW – to wiatr wytwarzany podczas ruchu (odczuwany gdy się ruszamy, np. podczas jazdy na rowerze,). Wiatr własny jest tym silniejszy im szybciej się poruszamy. (Jak powiedział mi kiedyś kpt. Piwnicki, dzięki niemu możemy przeziębić wielbłąda na pustyni).
  • Wiatr pozorny WP –to wypadkowa wiatru rzeczywistego i własnego (gdy wieje wiatr naturalny, a my się poruszamy)

Wiatr pozorny

Płynąc jachtem zawsze odczuwamy wiatr pozorny, a nie rzeczywisty. Wiatr pozorny jest zawsze ostrzejszy (wieje bardzie od dziobu) niż wiatr rzeczywisty.

Kursy jachtu względem wiatru

też określane na podstawie wiatru pozornego!

Każdy kurs względem wiatru może być lewego lub prawego halsu. Hals to określenie strony z której wije wiatr. Jak wieje z lewej strony - to płyniemy lewym halsem, jak wieje z prawej to płyniemy prawym halsem. A co jak wieje z tyłu (fordewind)? Do określenia halsu służy nam żagiel główny (grot). Jak jest po prawej stronie, czyli wiatr wieje na niego z lewej to płyniemy lewym halsem, jak grot jest po lewej, czyli wiatr wieje z prawej strony to płyniemy prawym halsem.

Gdy nie mamy grota i płyniemy na  samym foku to oczywiście on wskazuje nam hals. To bardzo ważne którym halsem płyniemy bo od tego będzie zależało czy mamy pierwszeństwo przed innym jachtem czy nie.

Siły działające na jacht w ruchu

F – siła nośna - aerodynamiczna
Fp – siła dryfu
Fc – siła ciągu
So – środek ożaglowania
Rh – siła hydrodynamiczna
Rw – siła oporu wzdłużnego - hamująca
Rb – siłą bocznego oporu
Sbo– środek bocznego oporu

Siła aerodynamiczna
Powstaje na skutek działania wiatru na żagiel, to ona napędza jacht.
Można ją rozłożyć na dwie składowe:

  • Siłę ciągu – korzystna, popycha jacht do przodu
  • Siłę dryfu – niekorzystna, powodująca boczne znoszenie jachtu, czyli dryf

Działanie tych sił powoduje, że jacht porusza się trochę do przodu i trochę w bok (po skosie)


Siła hydrodynamiczna
Powstaje na płetwie mieczowej podczas poruszania się jachtu.

Można ją rozłożyć na dwie składowe:

  • Siłę bocznego oporu – korzystna, zmniejsza dryf jachtu (działa przeciwnie do siły dryfu), jednak zamienia dryf na przechył
  • Siłę hamującą – niekorzystna, działa przeciwnie do siły ciągu.

Teraz pytanie  - które siły powodują przechył jachtu?

Popatrzcie na rysunek. Dwie siły tworzą dźwignię. Jedna działa na żagiel a druga przeciwstawnie na miecz. Wiecie już?

Odp. Siła dryfu i siła bocznego oporu.

Wyznaczanie środka ożaglowania

Najpierw musimy wyznaczyć środki ożaglowania poszczególnych żagli.


W żaglu trójkątnym wyznaczamy środki dwóch boków trójkąta i łączymy je z przeciwległymi wierzchołkami
Miejsce przecięcia jest środkiem ożaglowania

 

Wyznaczanie środka żagla czworokątnego
Najpierw dzielimy czworokąt na 4 trójkąty (łącząc wierzchołki)
Następnie wyznaczamy środki tych trójkątów i łączymy je na krzyż
Miejsce przecięcia jest środkiem żagla

Gdy już mamy środki obu żagli możemy wyznaczyć środek całego ożaglowania:

  • Od środka grota prowadzimy linię pionową w dół a od środka foka – pionową w górę,
  • Musimy znać stosunek wielkości grota  do wielości foka (np. 5/3)
  • Od środka grota odmierzamy w dół wielkość foka  - np. 3 jednostki (dowolnie ustalone), a od środka foka – 5 jednostek do góry
  • Łączymy ze sobą końce powstałych odcinków
  • Miejsce przecięcia się tej linii z linią łączącą środki żagli jest środkiem ożaglowania

Dlaczego jacht płynie?

Z wiatrem – wydaje się oczywiste – jest popychany przez wiatr (założenie niestety nieprawdziwe), ale dlaczego płynie „pod wiatr” czyli bajdewindem?
To wszystko dzięki sile nośnej powstałej na żaglu, gdy wiatr uderza w żagiel pod kątem (opływa go)

Wiatr uderzający o żagiel pod kątem rozdzielany jest na dwie części. Jedna część owiewa powierzchnię nawietrzną (zewnętrzna) a druga zawietrzną (wewnętrzną). Zawirowania powietrza powodują znaczne obniżenie powietrza po zawietrznej stronie żagla. Dążąc do wyrównania ciśnienia, powietrze po nawietrznej stronie napiera na żagiel powodując powstanie siły nośnej (aerodynamicznej) napędzającej jacht.
czyli niezależnie od kursy względem wiatru jacht jest ciągnięty przez wiatr a nie popychany!

Współdziałanie żagli

Od dawna wiadomo, że jacht lepiej płynie na dwóch żaglach niż na jednym o tej samej powierzchni. Dlaczego? Jeszcze parę lat temu tłumaczono to dyszowym działaniem foka. Teoria ta mówiła, że strugi powietrza przepływając pomiędzy fokiem a grotem znajdując się w dyszy przyspiesza a co za tym idzie podciśnienie po zawietrznej grota rośnie i rośnie także siła areodynamiczna powstająca na tym żaglu. Tworząc tę teorię naukowcy opierali się na prawach fizycznych cieczy i nie wzięli pod uwagę, że powietrze może "uciec" do góry ponad żagle.

Ostatnio powstała nowa teoria - wzmocnienie pracy foka. Zmierzono prędkość wiatru w owej dyszy i okazało się, że wiatr tam zwalnia a nie przyspiesza. Robi się taki "tłok" jak przy wejściu do tramwaju. Powietrze gromadzi się przed dyszą, a wiec po nawietrznej foka. Dzięki temu w tym miejscu ciśnienie powietrza wywierane na foka rośnie. Zwiększa się nadciśnienie po nawietrznej żagla czyli wzrasta też siła areodynamiczna na foku.

Czy teoria ta jest słuszna? Pewnie za parę lat naukowcy znowu wymyślą coś innego, ale jeśli chcecie przekonać się, która teoria jest bliższa prawdy, sprawdźcie wiatromierzem jak zachowują się strugi powietrza przy żaglach, gdzie wiatr wieje najszybciej, a gdzie zwalnia.

Dryf

Przedmioty unoszące się na wodzie (np. piłka plażowa) są przesuwane przez wiatr i fale w kierunku wiania wiatru. Gdyby tak samo było z jachtem nie moglibyśmy płynąć tam gdzie chcemy, a jacht płynął by bokiem. Dlatego wymyślono miecz.
Na płetwę mieczową działa siła oporu bocznego (zapobiegająca dryfowi) i siła oporu wzdłużnego (hamująca jacht)

Siły działające na jacht w spoczynku

Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało
Czyli przekładając na język polski, jedna siła ciągnie jacht w dół a druga wypycha go do góry.

Stateczność jachtu

Jacht bardzo rzadko znajduje się w pozycji pionowej (chyba że stoi w porcie). Najczęściej porusza się w przechyle. (Sprawcami przechyłów na jachcie są siły aerodynamiczna i hydrodynamiczna). Jacht jednak stara się powrócić do pionu.

Zdolność jachtu do powrotu z przechyłu do pozycji pionowej nazywamy statecznością poprzeczną. Zapewnić ją możemy poprzez odpowiedni kształt kadłuba - mówimy wtedy o stateczności kształtu, lub poprzez zastosowanie balastu - mówimy wtedy o stateczności ciężaru.

Stateczność kształtu

Charakteryzują się nią zazwyczaj jachty mieczowe. Cechą charakterystyczną stateczności kształtu jest to, że środek ciężkości leży powyżej środka wyporu.

Stateczność ciężaru

Charakteryzują się nią jachty balastowe. Cechą charakterystyczną stateczności ciężaru jest położenie środka ciężkości SC poniżej środka wyporu SW, (poprzez umieszczenie balastu w dolnej części kadłuba jachtu). W miarę wzrostu przechyłu jachtu, zwiększa się odległość pomiędzy działającymi siłami, a zatem zwiększa się moment prostujący jacht. Nie wyciągajmy jednak pochopnych wniosków, że jachty balastowe są niewywracalne. To nie znaczy, że jacht balastowy się nie wywraca. Wywraca się, ale - w przeciwieństwie do jachtu mieczowego - jacht balastowy potrafi sam podnieść się po wywrotce do pionu.

Porównanie stateczności kształtu i ciężaru

Zrównoważenie żaglowe jachtu

Mówimy, że jacht jest całkowicie zrównoważony, gdy po swobodnym puszczeniu steru płynie nie zmieniając kierunku. Gdy jacht po puszczeniu steru zacznie samoistnie ostrzyć, nazywamy go jachtem nawietrznym. Gdy po puszczeniu steru jacht zacznie odpadać, nazywamy go jachtem zawietrznym. Nawietrzność jachtu jest więc tendencją jachtu do samoistnego ostrzenia, zawietrzność - tendencją do samoistnego odpadania.

 

Co wpływa na zrównoważenie jachtu?

Winne są tutaj dwie siły : siła aerodynamiczna zaczepiona w środku ożaglowania oraz siła oporów hydrodynamicznych zaczepiona w środku bocznego oporu. Oprócz tych dwóch sił, winę ponosi również ich wzajemne położenie Kluczem do zrównoważenia jachtu jest odpowiednie ustawienie środka ożaglowania i środka oporu. Odpowiednio ustawiając te dwa środki, możemy uzyskać również nawietrzność i zawietrzność jachtu.

Jacht nawietrzny

Nawietrzność występuje, gdy SOż przesunięty jest w kierunku rufy względem SBO. Powstaje wtedy moment powodujący ostrzenie jachtu.

  • Niewielką nawietrzność uznaje się za cechę pozytywną, zwiększającą bezpieczeństwo żeglugi, ponieważ przy utracie kontroli nad sterem powoduje samoczynną stabilizację kursu na granicy kąta martwego.
  • Zbyt duża nawietrzność jest niepożądana, utrudnia manewrowanie i wymaga stałego wychylenia steru od pozycji neutralnej, co zwiększa opór hydrodynamiczny jachtu

Jacht zawietrzny

Zawietrzność występuje, gdy SOż przesunięty jest w kierunku dziobu względem SBO. Powstaje wtedy moment powodujący odpadanie jachtu.

  • Zawietrzność uznaje się zwykle za cechę niepożądaną, stwarzającą zagrożenie w przypadku utraty kontroli nad sterem - jacht zaczyna wówczas zmieniać szybko kurs na pełniejszy. Może to spowodować nadmierny przechył (wywołany wzrostem siły przechylającej) i w skrajnych przypadkach wywrotkę jednostki

Jeszcze jedno  spojrzenie z innej perspektywy:

jacht zrównoważony                                     jacht nawietrzny                          jacht zawietrzny

Sposoby wywołania nawietrzności
Działania mające na celu przesunięcie SOż w kierunku rufy:

  • Wyluzowanie żagli przednich i wybranie żagli tylnych.
  • Zrzucenie żagli przednich.

Działania mające na celu przesunięcie SBO w kierunku dziobu:

  • Przegłębienie dziobu poprzez przesunięcie balastu.
  • Podniesienie płetwy sterowej

 

Sposoby wywołania zawietrzności
Działania mające na celu przesunięcie SOż w kierunku dziobu:

  • Wybranie żagli przednich i wyluzowanie żagli tylnych.
  • Zrzucenie żagli tylnych.

Działania mające na celu przesunięcie SBO w kierunku rufy:

  • Przegłębienie rufy poprzez przesunięcie balastu.
  • Podniesienie płetwy mieczowej.

Działnie steru

Na ster działa siła hydrodynamiczna. Składa się ona z dwóch sił:

  • Siły poprzecznej – skręcającej
  • Siły wzdłużnej – hamującej
Kliknij, aby edytować treść...
Tworzenie stron internetowych - Kreator stron WW