Почему оно плавает

1.

Солодун Алексей

2.

Научиться ходить под парусом можно только на воде, однако
знания теории помогут тебе быстрее и лучше освоить практику. Когда
выйдешь на воду в первый раз, из головы вылетят буквально все твои
глубокие познания о парусе. Не удивляйся и прими как должное, через
некоторое время память вернется и ты будешь спокойно разбираться в
том, что раньше прочитал.
Чтобы дело шло быстрее, будь внимателен, смотри, как
делают те, у кого получается, замечай все: как стоит парус, как
Солодун Алексей добирается шкот, как делается поворот, все до самых незначительных
на первый взгляд, мелочей: наклон мачты, движение рук, поворот головы,
пластику движений и многое, многое другое. Яхтсмен никогда не
перестанет учиться, его наблюдательности и исканиям нет предела.
Борис Аношкин,
«Юный Яхтсмен»

3.

Исследование движения судна одновременно в двух
средах – водной и воздушной – является весьма
сложной и до конца не решённой задачей теоретической
механики. Для изложения законов поведения парусного
судна мы будем основываться не на точных математических доказательствах, а на упрощённых интуитивных представлениях о физической природе явлений
Солодун Алексей обтекания воздухом и водой отдельных частей судна.
В.Н.Белоозеров
Парусный туризм (рабочее название).
Предварительная публикация рукописи.
http://parusanarod.ru/

4.

Далее автор приводит несколько страниц теории
с подробными графиками, чертежами и уравнениями
непростыми для понимания слушателями,
находящихся на самом начальном уровне знакомства с
парусом…
В нашем курсе мы сделали ставку на простое и
наглядное изложение того, почему же парусное судно
все же двигается.
В пользу «понятности» материала мы дерзко
отступим от основных законов физики, таких как
Солодун Алексей законы Ньютона, не говоря уже о сложных законах
гидро- и аэростатитки и динамики.
А дотошные слушатели, не желающие
останавливаться на этом «примитивном» уровне могут
изучить рукопись Белоозерова и другие учебники на
сайте «Паруса народ ру» в разделе Библиотека.

5.

Когда то люди думали, что парус работает… как МЕШОК
ДЛЯ ЛОВЛИ ВЕТРА.
Действительно: парус-мешок наполняется ветром и
толкает корабль по ветру:
Сила тяги = Давление ветра х Площадь паруса
(физика 7 кл)
Скорость корабля - при хороших условиях может даже
почти приравняться скорости ветра.
Солодун Алексей
Ветер
Тяга
Направление движение (курс)
можно немного менять, слегка
разворачивая парус относительно
оси корабля.
Так когда то ходило большинство кораблей. Вспомним, как
мореплаватели в эпоху Великих
открытий месяцами ждали
попутного ветра.

6.

Так продолжалось до тех пор, пока кто то, видимо из
начинающих мореплавателей, не знавших, что парус должен
работать как мешок, повернул его боком к ветру и туго натянул
веревки …
… и тут, вдруг, появилась тяга, которая заставила
корабль двигаться вперед!
Тяга от такого паруса оказалась
не только сильнее тяги от «мешка», но и
позволяла кораблю двигаться под углом
к ветру!
Солодун Алексей
Мореплаватели очень
обрадовались такому открытию и стали
активно использовать «косые» паруса,
совершенствуя парус и свое умение.
Парус превратился в … КРЫЛО!
Сегодня любой начинающий яхтсмен знает, что высокотехнологичное дорогое изделие «ПАРУС» должно работать как крыло.
А использовать его в качестве мешка для ветра все равно, что забивать
гвозди калькулятором!

7.

Представим, что мы установили на земле палку-мачту,
привязали и растянули на ней парус, и смотрим на все это сверху.
Fп
1.
Солодун Алексей
2.
3.
На парус набегает 2
потока с одинаковым количеством частиц воздуха
Потоки одновременно
огибают парус.
Расстояние между коричневыми частицами больше,
чем между синими. Коричневым частицам свободно.
Синие стремятся туда, где свободно.
4. Синие частицы давят на парус.
ВОЗНИКАЕТ ПОДЪЕМНАЯ СИЛА Fп
ПОДЪЕМНАЯ СИЛА зависит от формы профиля
и площади паруса, скорости потока и еще множества факторов

8.

Поставим теперь все это на корпус яхты
Fп
Fдрейфа
Fтяги
1. Уберем лишние картинки
Солодун Алексей
2. Добавим корпус яхты
3. Подъемная сила тянет лодку
немного ВПЕРЕД ! – Fтяги
.... и СИЛЬНО В БОК! – Fдрейфа
НУЖНО ИЗБАВИТЬСЯ ОТ ДРЕЙФА!

9.

Парус
Корпус
Солодун Алексей
ПЛАВНИКИ
Плавник - это тоже Крыло!
Только под водой…

10.

Представим, что яхта прозрачна и сверху видно, что
находится под днищем
Fп
Fдрейфа
Fтяги
1. Установим на яхту
плавник - ШВЕРТ
Солодун Алексей
2. Яхта движется вперед
и влево. На плавник
набегает встречный
поток воды
Fсопр
3. Аналогично парусу, на плавнике
возникает подъемная СИЛА,
которая сопротивляется дрейфу
Эта сила возникает только, когда ЯХТА ДВИГАЕТСЯ!
И эта сила всегда слабее дрейфа. Дрейф ЕСТЬ ВСЕГДА!

11.

Солодун Алексей
Когда мы выяснили, как
движется парусное судно,
давайте посмотрим,
сколько на самом деле на
яхту действует разных
сил.
Опытный капитан должен
знать и помнить о каждой
из них!

12.

Парусное судно можно упрощённо
представить состоящим из трёх
частей:
Парус
Солодун Алексей
1. Система парусов, каждый из
которых работает как
вертикально поставленное крыло
в набегающем потоке ветра;
2. Корпус, обеспечивающий
равновесие судна на водной
поверхности;
Корпус
Система
плавников
3. Система плавников (шверты и
рули), каждый из которых
работает как вертикально
поставленное крыло в
набегающем потоке воды,
создаваемом движением судна.

13.

На парусах развиваются аэродинамические силы, часть которых
при правильном управлении даёт тягу по курсу, а часть вызывает дрейф
в поперечном направлении.
Эти силы уравновешиваются равной им суммой сил
гидродинамического сопротивления (в соответствии с первым законом
Ньютона: действие равно противодействию).
Солодун Алексей
Скорость судна определяется именно этим равновесием, т. е.
судно разгоняется до тех пор, пока гидродинамическое сопротивление не
сравняется с аэродинамической тягой.
Поскольку аэродинамические и гидродинамические силы
приложены на разной высоте, они образуют опрокидывающее усилие
(момент сил).
Это воздействие компенсируется восстанавливающими силами,
которые развиваются при крене судна, а также за счёт перемещения
экипажа.

14.

1. Угол атаки
В приведенных ранее
картинках про работу паруса
направление ветра совпадало с
хордой паруса.
В этом случае говорят – угол
Солодун Алексей
атаки α=0°.
При этом угле подъёмная сила
на самом деле ОТСУТСТВУЕТ .
С увеличением угла атаки сила
растет.
Наибольшая сила на
современных парусах
достигается при α=15-30°.
Потом сила падает - парус
располагается поперек потока и
растет его сопротивление.

15.

2. Выбор профиля паруса
Вспомним как работает парус.
Очевидно, что чем больше прогиб паруса, тем больше тяга.
Но при увеличении прогиба паруса растет и сила сопротивления, про
которую мы нарочно «забыли».
Солодун Алексей
Для современных парусов наилучший результат достигается при
пузе равном 8-15 %

16.

3. Завихрения потока
Шероховатая поверхность паруса,
складки и волны образованные в
результате качества самого паруса или
неправильной его настройки приводят к
срыву потока и его завихрениям –
турбулентности.
Турбулентность снижает тягу
4. Продуваемость ткани
Солодун Алексей
Если парусная ткань продувается
(неправильный выбор ткани,
старость), то снижается тяга.
Хорошая парусная ткань полностью
не продувается.
5. Растяжимость ткани
Растягивание ткани в результате
неправильного покроя, выбора ткани
или из- старости приводит к
завихрениям потока и снижает
тягу.
Парус не тянется (почти)

17.

6. Способ крепления
паруса к мачте
Способ крепления паруса к мачте
должен не позволять
образовываться завихрениям
набегающего потока.
Кроме того, завихрения могут быть
устранены путем поворота мачты.
Солодун Алексей

18.

Солодун Алексей

19.

1. Аэродинамическое
сопротивление – сопротивление
воздуха движению яхты
2. Гидродинамическое
сопротивление – сопротивление
воды движению яхты
Солодун Алексей
Паруса, корпус, плавники
яхты, как и прочие элементы
тысячелетиями совершенствовались
для движения в двух средах – в воде
и воздухе.
Они устроены таким
образом, что сами по себе создают
минимальное сопротивление
движению.
Основной источник
сопротивления – это экипаж (как в
прямом, так и в переносном смысле).

20.

Солодун Алексей
Основная задача
экипажа, это создание и
поддержание наиболее
плавного обтекания элементов
судна водой и воздухом,
снижению завихрений и срывов
потоков.
Это достигается:
- постоянной работой экипажа
с парусами,
- наблюдением за ветром,
водой,
- использование технических
средств контроля срыва
потоков воды и воздуха
(ленточек колдунчиков,
флюгеров),
- правильным размещением
груза и экипажа на судне