Как парусный корабль без дополнительных двигателей ходит против ветра и почему его не сдувает
Кто хоть раз видел парусное судно, то задумывался о том, как оно перемещается против ветра, а если учитывать, что в море попутный ветер не всегда можно поймать, то как корабли ходят до конечной точки. Поразмыслив над этой задачей, окажется, что попутный ветер не всегда является самым быстрым. Так как же парусным судам удаётся перемещаться против ветра, не стоять же им на якоря дожидаясь попутного ветра.
Прежде чем разобраться как ходит парусный корабль, нужно узнать как работает парус. Парус, одно из самых древнейших устройств для передвижения. Первое упоминание в парусе, известно более чем 5.000 лет назад. А самой использование паруса возможно не только в водном транспорте, но и на сухопутном и даже в воздушном. К примеру дельтаплан. Принцип работы при этом у них одинаков.
Но нам стоит разобраться как работает парус на корабле. Чтобы парус начал работать, он должен быть установлен на деревянную мачту — рангоут и закреплён тросами — такелажем. При этом паруса бывают не только квадратных и прямоугольных форм — прямые, а к примеру и треугольные — косые. И в зависимости от формы они отвечают за работу на различных ветрах. Получается, что на корабль устанавливаются паруса на различной высоте и углом, которые отвечают за движение даже при встречном ветре.
Любой парус работает на основе подъёмной силы, аналогично принципу аэродинамики применяемому в авиации. Только на кораблях используется горизонтальное направление подъёмной силы, а в авиации вертикальное. Но в любом случае подъёмная сила создаётся по принципу разницы давления. При этом с внешней стороны паруса давление должно быть ниже, чем внутри. При создании таких условий, образуется подъёмная сила перпендикулярна полотно парусом. Если бы всё было так просто, то корабль полетел. Ну ему противодействуют вода, форма корпуса и сила дрейфа. Поэтому, чтобы начать движение нужно правильно выставить паруса и поймать ветер под нужным углом.
И вроде бы уже можно ответить, как парусный корабль идёт против ветра. Но на самом деле корабль не сможет идти против ветра, потому, как это против любой физики.
У каждого типа паруса корабля существует мёртвая зона в которой ветер идёт прямо на парус, при этом сила тяги этого паруса будет отсутствовать. А чтобы судно начало движение по или против ветра, ему придётся «лавировать».
Если по-простому, то лавировка — это возможность судна двигаться против ветра изменяя своё направление зигзагообразным способом. При этом минимальный градус отклонение судна может составлять до 45° к направлению ветра. Поэтому во время движения судна приходится менять курс направления зигзагообразным способом и выставлять галсы в зависимости от направления курса движения, пока бейдвинд не ослабнет до левентика. Если по-простому, то бейдвинд, это курс судна по отношению к ветру, при этом корабль может идти даже под углом до градусов 90 бокового ветра. Разворачивая корабль и подставляя паруса под нужным углом можно двигаться вперёд зигзагообразным способом против ветра.
Чтобы привезти корабль в движение, используется уйма различных парусов размещённых под различными углами относительно ветра. Каждый тип паруса отвечает за использование ветра под своим углом и движение парусного корабля согласно выбранному направлению.
Направление ветра в лавентик полностью препятствует движению корабля, потому как дует прямо на корабль по ходу его движения. Чтобы начать движение придётся развернуть корабль на определённый угол и раскрыть паруса. В основном лавентик используется для остановки парусного.
Обратный ветер от лавентика — фордевинд. Это самый обычный попутный ветер раскрывающий паруса, но движение судна с этим ветром не всегда безопасно. Потому, как при низком фордевинд, встречный ветер может оказаться сильнее и тогда корабль просто не наберёт необходимую скорость. А для маленьких яхт фордевинд может быть опасен, потому как при сильном порыве он разворачивает корабль в произвольную сторону. И предугадать это довольно сложно.
«Половинчатый» ветер или галфвинд, обычно дует перпендикулярно борта корабля, а курс корабля составляет около 90° от лавентика. Парус устанавливается под малый уровень атаки исходя из ветра.
При курсе движения бейдевинд парусного судна, когда ветер дует менее 90° по отношению к кораблю. При этом в курсе используются лавировка, а паруса устанавливаются на минимальный угол атаки.
Самый оптимальный курс — бакштаг, когда ветер дует с кормы под небольшим углом. Судно легко управляется и предсказуемо к разворотам. В принципе, это тот же самый галфвинд, но с минимальной силой дрейфа. Большинство парусных кораблей и яхт оснащённых косыми парусами способны достигать максимальной скорости движения.
Таким образом, при правильном выставлении парусов и лавировании, парусный корабль мог двигаться против ветра с приличной скоростью. Но, команде приходилось время от времени подстраиваться под изменения направления. Попутный ветер не всегда правильное и удачное решение, особенно для маленьких яхт.
Источник
Как плыть под парусом против ветра и при чем тут сливовая косточка
Чтобы вылавировать против ветра, парусному судну нужно притвориться мокрой сливовой косточкой, зажатой между двумя пальцами: ветром и водой. Он двигается вперед по тем же причинам, по которым выстреливает сливовая косточка. Один палец направлен вдоль киля и неподвижен, а второй направлен вдоль паруса и давит на косточку сбоку. Косточке-кораблю некуда деваться, и она выстреливает вдоль направления неподвижного пальца, то есть по курсу корабля.
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.
Источник
Как парусники ходят против ветра
Там капитан Блад заканчивал свои приготовления. Он успокоился, увидев голландский корабль, который двигался против ветра, возвращаясь в Кюрасао, чтобы забрать Блада из Ла-Ача.
«Удачи капитана Блада», Рафаэль Сабатини
Как такое возможно, чтобы судно, по законам физики обязанное идти по ветру, шло против? А вот и возможно. Сейчас расскажем как.
1. Ходить по прямой под парусами против ветра невозможно. Но при ветре, который дует спереди и немного под углом, парусник идти может. Это называется – идет острым курсом.
2.На тягу паруса влияют два фактора:
- Энергия ветра просто давит на паруса и гонит судно вперед;
- Косые паруса современных яхт при обтекании воздухом работают, как крыло самолета, и создают «подъемную силу», направленную не вверх, а вперед.
Из-за особенностей аэродинамики воздух с выпуклой стороны паруса движется быстрее, чем с вогнутой, и давление с внешней стороны паруса меньше, чем с внутренней.
3.Полная сила, создаваемая парусным судном, направлена перпендикулярно полотну. По правилу сложения векторов в ней можно выделить силу дрейфа (красная стрелка) и силу тяги (зеленая стрелка).
4. На острых курсах сила дрейфа велика. Но ей противостоит форма корпуса, киль и руль: яхта не может идти боком из-за сопротивления воды. Зато вперед она охотно скользит даже при небольшой силе тяги.
5. Чтобы идти строго против ветра, парусная яхта лавирует: поворачивается к ветру то одним, то другим бортом, продвигаясь вперед отрезками － галсами. Насколько длинными должны быть галсы и под каким углом к ветру идти － важные вопросы шкиперской тактики.
Выделяют пять основных курсов судна относительно ветра. Благодаря Петру I в России укоренилась голландская морская терминология.
- Левентик － ветер дует прямо в нос судна. Таким курсом под парусом ходить нельзя, зато поворот к ветру используют, чтобы остановить яхту.
- Бейдевинд － тот самый острый курс. Когда идешь бейдевиндом, ветер дует в лицо, поэтому кажется, что яхта развивает очень большую скорость. На самом деле это ощущение обманчиво.
- Галфвинд － ветер дует перпендикулярно направлению движения.
- Бакштаг － ветер дует с кормы и с борта. Это самый быстрый курс. Быстрые гоночные суда, идущие бакштагом, способны разогнаться до скорости, превышающей скорость ветра, за счет подъемной силы паруса.
- Фордевинд － тот самый попутный ветер, дующий с кормы. Вопреки ожиданиям, не самый быстрый курс: здесь подъемная сила паруса не используется, и теоретический предел скорости не превышает скорости ветра. Опытный шкипер умеет предугадывать невидимые воздушные течения так же, как пилот самолета － восходящие и нисходящие потоки.
Подготовлено мо материалам ПМ.
А чтобы своими глазами увидеть, как яхты ходят против ветра, присоединяйтесь к нашей регате в Греции. Это будет крутая история с настоящими гонками под парусами среди островов Киклады в отличной компании! Подробности на сайте.
Источник