Ποια φυσική εμπλέκεται στη λειτουργία των ιστιοφόρων;

Τα ιστιοφόρα κινούνται μέσα στο νερό χρησιμοποιώντας μια ποικιλία αρχών φυσικής. Το πιο σημαντικό από αυτά είναι η αεροδυναμική ανύψωση, η οποία δημιουργείται όταν ο άνεμος γεμίζει τα πανιά και τα αναγκάζει να φουσκώνουν. Τα πανιά είναι προσαρτημένα στον ιστό και την μπούμα, τα οποία συνεργάζονται για να δημιουργήσουν ανύψωση και να προωθήσουν το σκάφος προς τα εμπρός. Η καρίνα παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της ισορροπίας του ιστιοφόρου και στην αποτροπή της ανατροπής του. Η έλξη είναι πάντα παρούσα σε κάποιο βαθμό και περιορίζει την ταχύτητα με την οποία μπορεί να ταξιδέψει ένα ιστιοφόρο.

«Αυτή είναι η μέρα που θα θυμάσαι πάντα ως την ημέρα που σχεδόν έπιασε τον καπετάνιο Τζακ Σπάροου.»

Οι άνθρωποι μερικές φορές συνδέουν την ιστιοπλοΐα με τον ιδιόρρυθμο και εκκεντρικό Jack Sparrow από τους Pirates of the Caribbean . Είναι αναμφισβήτητα ένας από τους πιο δημοφιλείς χαρακτήρες φαντασίας του 21ου αιώνα.

Η σειρά ταινιών καυχιόταν για πολλά ασυνήθιστα και βρώμικα πλάσματα, αλλά ένα πράγμα που τράβηξε τα βλέμματα όλων ήταν τα γιγάντια ιστιοφόρα που κινούνταν στο νερό τόσο ομαλά και επιδέξια. Προφανώς, θα μπορούσε κανείς να αναρωτηθεί πώς λειτουργούν πραγματικά αυτά τα παράξενα αλλά μεγαλοπρεπή σκάφη, παρά το ότι δεν έχουν λειτουργικό κινητήρα.

Πριν προχωρήσουμε στη φυσική πίσω από την ιστιοπλοΐα, ας δημιουργήσουμε ένα σύντομο υπόβαθρο για τα ιστιοπλοϊκά.

Τι ακριβώς είναι τα ιστιοπλοϊκά;

Τα ιστιοπλοϊκά είναι μια από τις παλαιότερες μορφές μεταφοράς και η εφεύρεση/κυριαρχία αυτών των σκαφών χωρίς καύσιμα είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό μέρος της ανθρώπινης ιστορίας. Τα ιστιοφόρα σημάδεψαν την αρχή της ικανότητας των ανθρώπων να δαμάζουν και να ελέγχουν τους ανέμους ανάλογα με τις ανάγκες τους. Οι Αιγύπτιοι χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά ιστιοφόρα ήδη από το 4000 π.Χ. Τότε, οι βάρκες αποτελούνταν απλώς από ένα απλό υφασμάτινο πανί πάνω σε κορμούς από ξύλο. Από τότε, ωστόσο, έχουν εξελιχθεί και έχουν παίξει αναπόσπαστο ρόλο στη διαμόρφωση της παγκόσμιας ιστορίας. Τα ιστιοφόρα χρησιμοποιήθηκαν επιθετικά για να κατακτήσουν εδάφη, να ανακαλύψουν νέα μέρη, να πολεμήσουν πολέμους και να πραγματοποιήσουν πειρατείες. Η ιστιοπλοΐα περιλαμβάνεται επίσης ως Ολυμπιακό άθλημα από το 1900.

Με απλά λόγια, τα ιστιοπλοϊκά είναι σκάφη που προωθούνται από τον άνεμο όταν φυσάει σε ένα σύνολο πανιών σε σχήμα πτερυγίου.

Μέρη ιστιοφόρου

Ένα ιστιοφόρο αποτελείται από οκτώ κύρια μέρη. Το κύτος, η καρίνα, το πηδάλιο, το πηδάλιο, η μπούμα, το πανί και ο ιστός.

Η γάστρα είναι το κύριο σώμα ενός ιστιοφόρου και φιλοξενεί τα κύρια συστατικά του σκάφους. Τα σύγχρονα ιστιοπλοϊκά έχουν κινητήρες συνδεδεμένους στην πρύμνη για να προωθήσουν το σκάφος όταν δεν υπάρχει αέρας. Στο πηδάλιο είναι προσαρτημένο ένα πηδάλιο. Το φρέζα είναι ένας μοχλός που χρησιμοποιείται για να οδηγεί το σκάφος. Το πηδάλιο είναι πάντα βυθισμένο στο νερό. Όταν ένα ιστιοφόρο βρίσκεται σε λειτουργία, ο μηχανισμός διεύθυνσης ελέγχεται από το δίδυμο χειριστή-πηδάλιο. Η κατεύθυνση κίνησης του πηδαλίου εξαρτάται από το πηδάλιο, το οποίο με τη σειρά του διευκολύνει την αλλαγή κατεύθυνσης του σκάφους.

Η κίνηση ενός ιστιοφόρου μπορεί να αποδοθεί στο πανί και την καρίνα. Αυτές είναι οι μηχανές του ιστιοφόρου. Τα πανιά έχουν τριγωνικό σχήμα και συλλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της αιολικής ενέργειας που απαιτείται για την προώθηση του σκάφους. Η καρίνα, από την άλλη πλευρά, είναι υπεύθυνη για τη διατήρηση της ισορροπίας και τη διασφάλιση ότι το σκάφος δεν ανατρέπεται.

Ο ιστός είναι μια κάθετη ράβδος που στηρίζει το πανί. Ομοίως, η μπούμα στηρίζει το ιστίο οριζόντια. Ένα ιστιοφόρο έχει επίσης ένα δευτερεύον πανί που ονομάζεται φλόκος, το οποίο είναι μια μινιατούρα εκδοχή του ιστίου. Το φλόκο προσφέρει επιπλέον αιολική ισχύ, έτσι ώστε το σκάφος να μπορεί να φτάσει υψηλότερες ταχύτητες.

Τώρα που μπορούμε να φανταστούμε ένα ιστιοφόρο και να κατανοήσουμε τα θεμελιώδη μέρη του, ας ρίξουμε μια ματιά στην κύρια πτυχή αυτού του άρθρου, δηλαδή τη φυσική που εμπλέκεται στην ιστιοπλοΐα!

Η φυσική που εμπλέκεται στη λειτουργία των ιστιοφόρων.

Η φυσική πίσω από την ιστιοπλοΐα είναι πολύ ενδιαφέρουσα, καθώς τα ιστιοπλοϊκά δεν απαιτούν να φυσάει άνεμος από πίσω για να κινηθούν. Είναι πραγματικά δυνατό για το σκάφος να κινηθεί προς τα εμπρός ακόμα κι αν ο άνεμος φυσάει από τα πλάγια. Πώς λειτουργεί;

Αυτό αποδίδεται σε μια πολύ δημοφιλή έννοια της φυσικής που ονομάζεται αεροδυναμική ανύψωση.

Όταν ο άνεμος φυσά ενάντια σε ένα σώμα ή ένα αντικείμενο, κινείται με τη φορά των δεικτών του ρολογιού, αλλά και επανέρχεται. Σκεφτείτε μια σημαία τοποθετημένη σε ένα κινούμενο όχημα. Μπορείτε να δείτε ότι συνεχίζει να χτυπά προς τα εμπρός και προς τα πίσω, παρόλο που ο άνεμος φυσάει απευθείας πάνω του. Αυτό συμβαίνει γιατί η δύναμη που παρέχει ο άνεμος έχει δύο συνιστώσες. Ένα μπροστινό και ένα πλάγιο εξάρτημα. Τώρα, η πραγματική κατεύθυνση της κίνησης θα εξαρτηθεί από την κατεύθυνση της προκύπτουσας δύναμης των δύο συστατικών. Στην περίπτωση ενός ιστιοφόρου, η πλάγια κίνηση είναι ανεπιθύμητη. Ο στόχος είναι να μεγιστοποιηθεί η δύναμη στην προς τα εμπρός κατεύθυνση όσο το δυνατόν περισσότερο. Η καρίνα παρέχει μια αντίθετη δύναμη για να αντισταθεί στην πλάγια κίνηση. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το πανί και η καρίνα είναι τα εξαρτήματα που είναι υπεύθυνα για την κίνηση του ιστιοφόρου.

Τώρα, φανταστείτε ότι προσπαθείτε να πλεύσετε αντίθετα με τον άνεμο να έρχεται από τα αριστερά πάνω από το μπροστινό μέρος της γάστρας. Ο άνεμος γεμίζει το πανί σε σχήμα φτερού.

Κάτοψη ενός ιστιοφόρου

Τα πανιά χρησιμοποιούν μια ιδέα που χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό των φτερών του αεροπλάνου. Το πανί παίρνει το σχήμα αεροτομής, έτσι ώστε να διευκολύνεται η αεροδυναμική ανύψωση του πανιού. Δεδομένου ότι το πανί είναι στερεωμένο και στις δύο άκρες, ωστόσο, ο άνεμος δεν μπορεί να το σπρώξει από το δρόμο του. Ακόμα κι έτσι, ο άνεμος πρέπει επιλέξτε ένα μονοπάτι, έτσι θα πάρει αυτό με τη μικρότερη αντίσταση στη ροή του. Αυτό το μονοπάτι θα είναι παράλληλο με αυτό του πανιού. Συνδυάζοντας τη δύναμη στο πανί και τη δύναμη στην καρίνα, οι πλευρικές δυνάμεις ακυρώνονται και η συνολική δύναμη στο ιστιοφόρο είναι μόνο προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός. Ως αποτέλεσμα, το σκάφος προχωρά μπροστά! Βασικά, τα πανιά μπορούν να θεωρηθούν ως το σύστημα διεύθυνσης των σκαφών, επιτρέποντας στο σκάφος να κινείται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση σε σχέση με τον άνεμο.

Μερικά ιστιοφόρα μπορούν ακόμη και να κινηθούν πιο γρήγορα από τον ίδιο τον άνεμο. Όταν ταξιδεύετε προς την κατεύθυνση του ανέμου, η προκύπτουσα ταχύτητα του ανέμου που ενεργεί στα πανιά είναι μεγαλύτερη από την πραγματική ταχύτητα του ανέμου. Αυτό δημιουργεί μια μεγάλη δύναμη στα πανιά που μπορεί να σπρώξει τα ιστιοπλοϊκά γρηγορότερα από την πραγματική ταχύτητα του ανέμου. Αυτό ακούγεται βιώσιμο στη θεωρία, αλλά πρακτικά, δεν είναι πραγματικά δυνατό να φτάσετε αυτές τις ταχύτητες. Η έλξη (τριβή) θα υπάρχει πάντα μεταξύ του σκάφους και του νερού, γεγονός που περιορίζει τις ταχύτητες που μπορεί να φτάσει ένα ιστιοφόρο.

Συμπερασματικά, η ιστιοπλοΐα συνεπάγεται πολύ περισσότερα από ένα σκάφος που κινείται από μερικές σημαίες ασυνήθιστου σχήματος. Μπορεί να θεωρηθεί ως μια επίκτητη δεξιότητα που απαιτεί σημαντική κατανόηση του ανέμου και της συμπεριφοράς του.