Как плывет парусник против ветра

Строго говоря, совсем против ветра идти нельзя, а вот под острым углом к его направлению — можно. Курс, когда угол между осью корабля и направлением ветра меньше 90°, называется бейдевинд.

Для реальных парусных судов минимальный угол между направлением ветра и курсом составляет порядка 45°, у редких спортивных экземпляров есть способность плыть острее к ветру — до 20°.

Есть два основных обстоятельства, которые дают кораблю возможность ходить бейдевиндом. Во-первых, тот факт, что ветер действует на парус с силой, направленной перпендикулярно поверхности паруса (для простоты мы можем считать парус плоским и жестким). Чтобы эта сила двигала судно против ветра, нужно поставить парус в таком положении, чтобы углы между ним и осью судна и ним и направлением ветра были примерно равны. Второе обстоятельство — это наличие у парусника киля. Он делает так, чтобы судно не унесло в направлении, перпендикулярном курсу.

Проплыв какое-то время под углом к ветру, нужно, чтобы не уплыть в другую сторону, поменять курс и двигаться под таким же углом, но в симметричном направлении, подставив ветру другой борт. Таким образом парусник идет зигзагами. Движение зигзагами против ветра на морском языке называют лавировкой. Так что скороговорка про «лавировали да не вылавировали» — это как раз про ситуацию, когда судно идет против ветра.

Один зигзаг — это галс, поэтому лавировку еще называют галсировкой или говорят «идти галсами». Галс — это как раз и есть тот отрезок пути, который судно проходит между двумя сменами курса.

Реальные паруса не плоские: надуваясь на ветру, они приобретают форму стоящего вертикально крыла. Благодаря этому парус получает дополнительные аэродинамические свойства, такие же, как те, которые обеспечивают подъемную силу крылу самолета. Любопытно, что особенно сильно аэродинамические качества паруса проявляются именно при встречном ветре. И все же, форма паруса не главное для хождения против ветра. Вооружившись прямоугольным куском алюминия тоже можно идти бейдевиндом.

theoryandpractice.ru

Почему парусник может плыть против ветра?

Передвижение парусной яхты по ветру фактически определяется простым давлением ветра на ее парус, толкающим судно вперед. Однако, как показали исследования в аэродинамической трубе, путешествие под парусом против ветра подвергает парус воздействию более сложного набора сил.

Когда набегающий воздух обтекает вогнутую заднюю поверхность паруса, скорость воздуха уменьшается, в то время как при обтекании выпуклой передней поверхности паруса эта скорость растет. В результате на задней поверхности паруса образуется область повышенного давления, а на передней — пониженного. Разность давлений на двух сторонах паруса создает тянущую (толкающую) силу, которая перемещает яхту вперед под углом к ветру.

Парусная яхта, расположенная примерно под прямым углом к ветру (по морской терминологии — яхта идет галсом), быстро движется вперед. Парус подвергается воздействию тянущей и боковой сил. Если парусная яхта идет под острым углом к ветру, ее скорость замедляется из-за уменьшения тянущей силы и увеличения боковой. Чем сильнее парус повернут к корме, тем медленнее яхта движется вперед, в частности из-за большой боковой силы.

Лавирование навстречу ветру

Парусная яхта не может плыть прямо против ветра, однако может продвигаться вперед, совершая серию зигзагообразных коротких перемещений под углом к ветру, называющихся галсами. Если ветер дует в левый борт (1), говорят, что яхта идет левым галсом, если в правый борт (2) — правым галсом. Для того чтобы быстрее пройти дистанцию, яхтсмен старается увеличивать до предела скорость яхты, регулируя положение ее паруса, как это показано на рисунке слева внизу. Для минимизации отклонения в сторону от прямой линии, яхта передвигается, меняя курс с правого галса на левый и наоборот. Когда яхта меняет курс, парус перебрасывается на другой борт, и при совпадении его плоскости с линией ветра какое-то время полощется, т.е. находится в бездействии (средний рисунок под текстом). Яхта попадает в так называемую мертвую зону, теряя скорость до тех пор, пока ветер снова на надует парус с противоположной стороны.

information-technology.ru

В Западной Полинезии, в августе и сентябре преимущественно дуют пассаты, ветра, которые в Южной части Тихого океана дуют в западном направлении. Именно поэтому наш маршрут был составлен так, чтобы на парусной яхте "Джульетта" двигаться с востока на запад, то есть так, что ветер дует в спину.

Однако если посмотреть на наш маршрут, вы заметите, что часто, например при движении с юга на север от Самоа к Токелау, нам приходилось двигаться перпендикулярно ветру. А иногда направление ветра и вовсе менялось и приходилось идти против ветра.

Маршрут "Джульетты"

Что делать в таком случае?

Парусные суда уже давно умеют ходить против ветра. Об этом давно хорошо и просто написал классик Яков Перельман в своей Второй книге из цикла «Занимательная физика». Этот кусочек я здесь привожу дословно с картинками.

"Под парусами против ветра

Трудно представить себе, как могут парусные суда идти «против ветра» – или, по выражению моряков, идти «в бейдевинд». Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра идти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра. Но угол этот мал – около четверти прямого угла, – и представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра или под углом к нему в 22°.

На деле это, однако, не безразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силой ветра идти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Вы, вероятно думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он толкает парус перпендикулярно к плоскости паруса. В самом деле: пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рисунке ниже; линия АВ обозначает парус.

Ветер толкает парус всегда под прямым углом к его плоскости.

Так как ветер напирает равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем давление ветра силой R, приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на две: силу Q, перпендикулярную к парусу, и силу Р, направленную вдоль него (см. рис. вверху, справа). Последняя сила никуда но толкает парус, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила Q, которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно идти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК изображает килевую линию судна.

Как можно идти на парусах против ветра.

Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении, указанном рядом стрелок. Линия АВ изображает парус; его помещают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рисунке за разложением сил.

пор ветра на парус мы изображаем силой Q, которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу R, перпендикулярную к килю, и силу S, направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так как движение судна в направлении R встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила R почти полностью уравновешивается сопротивлением воды. Остается одна лишь сила S, которая, как видите, направлена вперед и, следовательно, подвигает судно под углом, как бы навстречу ветру. [Можно доказать, что сила S получает наибольшое значение тогда, когда плоскость паруса делит пополам угол между направлениями киля и ветра.]. Обыкновенно это движение выполняется зигзагами, как показывает рисунок ниже. На языке моряков такое движение судна называется «лавировкой» в тесном смысле слова."

Давайте теперь рассмотрим все возможные направления ветра относительно курса лодки.

Схема курсов судна относительно ветра, то есть углом между направлением ветра и вектором от кормы к носу (курсом).

Когда ветер дует в лицо (левентик), паруса болтаются из стороны в сторону и двигаться с парусом невозможно. Разумеется, всегда можно спустить паруса и включить мотор, но это уже не имеет отношения к хождению под парусом.

Когда ветер дует точно в спину (фордевинд, попутный ветер), разогнанные молекулы воздуха оказывают давление на парус с одной стороны и лодка двигается. В этом случае судно может двигаться только медленнее скорости ветра. Здесь работает аналогия катания на велосипеде по ветру – ветер дует в спину и педали крутить легче.

При движении против ветра (бейдевинд) парус двигается не из-за давление молекул воздуха на парус сзади, как в случае фордевинда, а из-за подъемной силы, которая создается за счет разных скоростей воздуха с двух сторон вдоль паруса. При этом из-за киля, лодка двигается не в перпендикулярном к курсу лодки направлении, а только вперед. То есть парус в этом случае — это не зонтик, как в случае бейдевинда, а крыло самолета.

Во время наших переходов мы в основном шли бакштагами и галфвиндами со средней скоростью в 7-8 узлов при скорости ветра от 15 узлов. Иногда мы шли против ветра, галфвиндом и бейдевиндом. А когда ветер затухал — включали мотор.

В общем, лодка с парусом, идущая против ветра – это не чудо, а реальность.

Самое интересное, что лодки умеют ходить не только против ветра, но даже быстрее ветра. Происходит это, когда лодка идет бакштагом, создавая “собственный ветер”.

mursic.livejournal.com

Есть два основных типа парусов – прямой и косой. Прямой – это обычный парус, расположенный поперек корпуса кусок ткани, который тянет корабль туда, куда дует ветер. Косой парус (обычно треугольный, но встречается и четырехугольный) позволяет использовать энергию ветра так, чтобы корабль мог идти против воздушного потока.

На практике это выглядит следующим образом: встречный ветер обтекает особым образом настроенный парус и толкает судно вперед и в сторону. Таким образом яхта или лодка может идти в нужном направлении зигзагами (галсами), подставляя ветру то один, то другой борт.

Именно эта технология позволила парусным кораблям получить принципиально иную свободу передвижения. Она сделала надежными торговые маршруты, прежде полностью зависевшие только от попутных ветров. Корабль с прямыми парусами, используя попутный ветер, мог достичь нужного места, однако, чтобы вернуться обратно, ему приходилось ждать смены направления ветра иногда по многу недель. Понятно, что такое плавание было ненадежным и непредсказуемым. Косой парус частично решил эту проблему. Сама идея плыть под парусом против ветра  совершенно парадоксальна! Но она вполне соответствует законам физики.

Кто автор открытия?

Сегодня сложно точно установить, кто первым изобрел косой парус, однако мы знаем, что в Европу это открытие пришло через арабов, которые регулярно посещали воды Индийского океана. Там они, скорее всего, и увидели подобное техническое решение на судах полинезийцев. Последние не могли бы осваивать Тихий океан так активно, как они это делали, если бы у них не было косого паруса. Впрочем, широко применяли косой парус и китайцы.

Как бы то ни было, косой парус очень быстро стал распространяться в Средиземном море с его стабильными и предсказуемыми воздушными потоками. Здесь преобладают ветра, дующие с юго-востока на северо-запад. И конечно, для кораблей, которым надо было плыть в противоположную сторону, это представлялось проблемой. Решили же ее благодаря косому парусу.

Как развивалась техника?

Первым европейским вариантом этого изобретения стал латинский парус – треугольный косой парус, укрепленный сбоку от мачты (фото 1). Он позволил успешно плавать против ветра. Однако такая конструкция была очень трудоемкой, так как при перемене ветра латинский парус приходилось снимать с одной стороны мачты и устанавливать с другой стороны.

Справиться с этой проблемой помогло изобретение гафельного паруса (фото 2). Это тот же косой парус, только четырехугольный и натянутый не сбоку от мачты, а позади нее, причем его верхняя кромка (верхняя шкаторина) закреплена на гафеле, а нижняя кромка (нижняя шкаторина) закреплена на гике – горизонтальных элементах конструкции, растягивающих этот парус.

Сами гафель и гик одним концом закреплены на вертикальной мачте. Благодаря этим изобретениям парус стало гораздо проще переносить с одного на другой борт при смене галса. К восемнадцатому веку такая конструкция косого паруса полностью вытеснила латинский парус.

В начале 20-го века на смену гафельному парусу пришел так называемый бермудский парус (фото 3), который и по сей день является наиболее распространенным типом паруса. Зародился он в регионе Бермудских островов, где им пользовались местные рыбаки. Там секрет «подсмотрели» европейцы. А благодаря тому, что к этому моменту уже были открыты аэродинамические законы, бермудское изобретение быстро вышло в лидеры парусной индустрии.

Бермудский парус – это треугольный парус, передняя шкаторина которого растягивается по мачте, а нижняя – по гику. По простоте управления и эффективности он показывает наилучшие результаты. Именно такие паруса стоят на подавляющем большинстве современных парусных яхт (фото 3).

Cтоит отметить, что сегодня, говоря о паруснике, мы почти всегда имеем в виду парусную яхту. Яхты и яхтинг – это новая страница в истории паруса, не менее захватывающая, чем ее древние истоки. Но об этом – в следующий раз.

Наталия Никитина – член команды парусной школы Gokova Sailing Phuket (www.gokovaphuket.ru). Если вы хотите попробовать себя в парусном спорте, свяжитесь со школой по электронной почте gokova.phuket@gmail.com.

www.novostiphuketa.com

 Почему парусник может плыть против ветра?

Передвижение парусной яхты по ветру фактически определяется простым давлением ветра на ее парус, толкающим судно вперед. Однако, как показали исследования в аэродинамической трубе, путешествие под парусом против ветра подвергает парус воздействию более сложного набора сил. Когда набегающий воздух обтекает вогнутую заднюю поверхность паруса, скорость воздуха уменьшается, в то время как при обтекании выпуклой передней поверхности паруса эта скорость растет.

В результате на задней поверхности паруса образуется область повышенного давления, а на передней — пониженного. Разность давлений на двух сторонах паруса создает тянущую (толкающую) силу, которая перемещает яхту вперед под углом к ветру.

Расположение паруса под определенным углом

Парусная яхта, расположенная примерно под прямым углом к ветру (по морской терминологии — яхта идет галсом), быстро движется вперед. Парус подвергается воздействию тянущей и боковой сил.

Если парусная яхта идет под острым углом к ветру, ее скорость замедляется из-за уменьшения тянущей силы и увеличения боковой. Чем сильнее парус повернут к корме, тем медленнее яхта движется вперед, в частности из-за большой боковой силы.

 

Лавирование навстречу ветру

Парусная яхта не может плыть прямо против ветра, однако может продвигаться вперед, совершая серию зигзагообразных коротких перемещений под углом к ветру, называющихся галсами.

Если ветер дует в левый борт (1), говорят, что яхта идет левым галсом, если в правый борт (2) — правым галсом. Для того чтобы быстрее пройти дистанцию, яхтсмен старается увеличивать до предела скорость яхты, регулируя положение ее паруса, как это показано на рисунке слева внизу. Для минимизации отклонения в сторону от прямой линии, яхта передвигается, меняя курс с правого галса на левый и наоборот.

Когда яхта меняет курс, парус перебрасывается на другой борт, и при совпадении его плоскости с линией ветра какое-то время полощется, т.е. находится в бездействии (средний рисунок под текстом). Яхта попадает в так называемую мертвую зону, теряя скорость до тех пор, пока ветер снова на надует парус с противоположной стороны.

 http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/181-pochemu-parusnaya-yakhta-mozhet-plyt-protiv-vetra

bayanay.info

Русский поэт Михаил Юрьевич Лермонтов любил море и в своих произведениях часто упоминал о нем. Он написал замечательное стихотворение о белеющем парусе, который мчится среди волн в далеких морских просторах. Наверное, тебе знакомо лермонтовское стихотворение, ведь это самые известные стихотворные строчки о парусниках. Читая их, можно представить бушующее море и красивые корабли среди его волн. Ветер надувает паруса. И, благодаря силе ветра, корабли движутся вперед. Но как парусникам удается плыть против ветра?

Для того, чтобы на это ответить, тебе сначала придется выучить незнакомое слово «галс». Галсом называется направление движения судна относительно ветра. Галс может быть левым, когда ветер дует слева, или правым, если ветер дует справа. Важно знать и второе значение слова «галс» – это часть пути, вернее, его отрезок, который проходит парусник, когда движется против ветра. Запомнил?

Теперь, чтобы понять, как парусникам удается плыть против ветра, разберемся с парусами. Они на паруснике бывают разных форм и размеров – прямые и косые. И каждый выполняет свою работу. Когда дует встречный ветер, корабль управляется с помощью косых парусов, которые поворачиваются то в одну сторону, то в другую.

Вслед за ними и судно поворачивается в ту или другую сторону. Поворачивается и идет вперед. Моряки называют такое движение – движением переменными галсами. Его суть состоит в том, что ветер давит на косые паруса и сносит судно слегка вбок и вперед. Руль парусника не дает ему полностью повернуться, да и умелые матросы вовремя приводят в движение паруса, меняя их положение. Так, небольшими зигзагами, корабль и движется вперед.

Конечно, движение переменными галсами – очень трудное дело для всей команды парусника. Но матросы – закаленные ребята. Они не боятся трудностей и очень любят море.

ya-uznayu.ru