Yo'nalishni shamol emas, yelkan belgilaydi. Kemada yelkandan foydalanish

SHAMOL HAYDATGAN KUCH

NASA veb-saytida samolyot qanoti tomonidan liftning shakllanishiga ta'sir qiluvchi turli omillar haqida juda qiziqarli materiallar chop etildi. Shuningdek, interaktiv grafik modellar mavjud bo'lib, ular oqimning og'ishi tufayli ko'tarilish simmetrik qanot tomonidan ham paydo bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.

Yelkanlar havo oqimiga burchak ostida bo'lib, uni burishadi (1d-rasm). Yelkanning "yuqori", qirrali tomoni orqali o'tib, havo oqimi uzoqroq yo'lni bosib o'tadi va oqimning uzluksizligi printsipiga muvofiq, shamoldan, "pastki" tomondan qaraganda tezroq harakat qiladi. Natijada yelkanning suzuvchi tomonida shamol tomoniga qaraganda kamroq bosim paydo bo'ladi.

Gybeing paytida yelkan shamol yo'nalishiga perpendikulyar o'rnatilganda, shamol tomonidagi bosimning ortishi chanoq tomonidagi bosimning pasayishidan kattaroqdir, boshqacha aytganda, shamol yaxtani tortganidan ko'ra ko'proq itaradi. Qayiq shamolga keskin aylanganda, bu nisbat o'zgaradi. Shunday qilib, agar shamol qayiqning yo'nalishiga perpendikulyar bo'lsa, yelkan bosimining shamolga ko'tarilishi tezlikka pastroq bosimning pasayishiga qaraganda kamroq ta'sir qiladi. Boshqacha qilib aytganda, yelkan yaxtani itarganidan ko'ra ko'proq tortadi.

Yaxtaning harakati shamolning yelkan bilan o'zaro ta'siri tufayli sodir bo'ladi. Ushbu o'zaro ta'sirni tahlil qilish ko'plab yangi boshlanuvchilar uchun kutilmagan natijalarga olib keladi. Ma'lum bo'lishicha, maksimal tezlik shamol to'liq orqada esganda emas, balki "quyruq shamol" istagi mutlaqo kutilmagan ma'noga ega.

Yelkan ham, yelkan ham, mos ravishda havo yoki suv oqimi bilan o'zaro ta'sirlashganda, ko'taruvchi kuch hosil qiladi, shuning uchun ularning ishini optimallashtirish uchun qanot nazariyasi qo'llanilishi mumkin.

SHAMOL HAYDATGAN KUCH

Havo oqimi kinetik energiyaga ega va yelkanlar bilan o'zaro ta'sirlashib, yaxtani harakatga keltira oladi. Samolyot yelkanining ham, qanotining ham ishi Bernulli qonuni bilan tavsiflanadi, unga ko'ra oqim tezligining oshishi bosimning pasayishiga olib keladi. Havoda harakatlanayotganda, qanot oqimni ajratib turadi. Uning bir qismi qanotni yuqoridan, bir qismi pastdan chetlab o'tadi. Samolyot qanoti qanotning yuqori qismidagi havo oqimi qanotning pastki qismidagi havo oqimidan tezroq harakatlanishi uchun yaratilgan. Natijada qanot ustidagi bosim pastdan ancha past bo'ladi. Bosim farqi qanotning ko'tarish kuchidir (1a-rasm). Murakkab shakli tufayli qanot qanot tekisligiga parallel ravishda harakatlanadigan oqimni kesib o'tganda ham ko'tarish qobiliyatiga ega.

Yelkan yaxtani faqat oqimga ma'lum burchak ostida bo'lsa va uni burilsa, harakatga keltirishi mumkin. Bernulli effekti bilan ko'taruvchi kuchning qaysi qismi bog'liq, qaysi biri oqimning egilishi natijasi degan savol qoladi. Qanotning klassik nazariyasiga ko'ra, ko'tarish kuchi faqat assimetrik qanot ustidagi va pastdagi oqim tezligining farqi natijasida paydo bo'ladi. Shu bilan birga, ma'lumki, nosimmetrik qanot oqimga ma'lum bir burchak ostida o'rnatilgan bo'lsa, liftni ham yaratishga qodir (1b-rasm). Ikkala holatda ham qanotning old va orqa nuqtalarini bog'laydigan chiziq va havo oqimining yo'nalishi orasidagi burchak hujum burchagi deb ataladi.

Ko'tarish kuchi hujum burchagi bilan ortadi, ammo bu qaramlik faqat ushbu burchakning kichik qiymatlari uchun ishlaydi. Hujum burchagi ma'lum bir kritik darajadan oshib ketishi va oqim to'xtashi sodir bo'lishi bilanoq, qanotning yuqori yuzasida ko'plab girdoblar hosil bo'ladi va ko'tarish kuchi keskin kamayadi (1c-rasm).

Qayiqchilar jibe eng tezkor kurs emasligini bilishadi. Agar bir xil kuchdagi shamol yo'nalishga 90 graduslik burchak ostida essa, qayiq ancha tez harakat qiladi. Jibda shamolning yelkanga qarshi itarish kuchi yaxta tezligiga bog'liq. Shamol maksimal kuch bilan tik turgan yaxta yelkanini bosadi (2a-rasm). Tezlik oshgani sayin, yelkandagi bosim pasayadi va yaxta maksimal tezligiga yetganda minimal bo'ladi (2b-rasm). Jibdagi maksimal tezlik har doim shamol tezligidan kamroq. Buning bir qancha sabablari bor: birinchidan, ishqalanish, har qanday harakatda energiyaning bir qismi harakatga xalaqit beradigan turli kuchlarni yengish uchun sarflanadi. Ammo asosiysi shundaki, shamolning yelkanni bosadigan kuchi shamolning ko'rinadigan tezligining kvadratiga proportsionaldir va jibdagi ko'rinadigan shamol tezligi haqiqiy shamol tezligi va tezlik o'rtasidagi farqga teng. yaxtaning.

Ko'rfaz shamoli yo'nalishi (shamolga 90º da) yelkanli yaxtalar shamoldan tezroq harakatlana oladi. Ushbu maqola doirasida biz vimpel shamolining xususiyatlarini muhokama qilmaymiz, faqat ko'rfaz shamoli yo'nalishida shamolning yelkanlarni bosish kuchi kamroq darajada yaxta tezligiga bog'liqligini ta'kidlaymiz ( 2c-rasm).

Tezlikning oshishiga to'sqinlik qiluvchi asosiy omil ishqalanishdir. Shuning uchun, ozgina tortishish kuchiga ega yelkanli qayiqlar shamoldan tezroq tezlikka erisha oladi, lekin gybeda emas. Masalan, skeytlarning sirpanish qarshiligi ahamiyatsiz bo'lganligi sababli, buer, shamol tezligi 50 km / soat yoki undan kam bo'lsa, 150 km / soat tezlikka tezlashishi mumkin.

Yelkanlar fizikasi tushuntirildi: Kirish

ISBN 1574091700, 9781574091700

4.4. Yelkanda shamolning harakati

Yelkan ostidagi qayiqqa ikkita muhit ta'sir qiladi: yelkan va qayiq yuzasiga ta'sir qiluvchi havo oqimi va qayiqning suv osti qismiga ta'sir qiluvchi suv.

Yelkan shakli tufayli, hatto eng noqulay shamol (badewind) bilan ham, qayiq oldinga siljishi mumkin. Yelkan qanotga o'xshaydi, uning eng katta burilishi yelkan kengligining 1/3-1/4 qismini luffdan uzoqda va yelkan kengligining 8-10% qiymatiga ega (44-rasm).

B yo'nalishiga ega bo'lgan shamol (45-rasm, a) yo'lda yelkanga duch kelsa, uni ikki tomondan aylanib chiqadi. Yelkanning shamol tomonida bosim suzuvchi tomoniga (-) nisbatan yuqori (+) ga teng. Bosim kuchlarining natijasi yelkanning tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan P kuchini yoki old va orqa lufflardan o'tuvchi akkordni hosil qiladi va CPU shamolining markaziga tatbiq etiladi (45-rasm, b).

Guruch. 44. Yelkan profili:
B - akkord bo'ylab yelkanning kengligi

Guruch. 45. Yelkan va qayiq korpusida harakat qiluvchi kuchlar:
a - shamolning yelkanga ta'siri; b - shamolning yelkanga va suvning qayiq korpusiga ta'siri

Guruch. 46. Yelkanning turli xil shamol yo'nalishlarida to'g'ri joylashishi: a - yaqin tortishish; b - ko'rfaz shamoli; in - jibe

P kuchi qayiqning markaziy tekisligiga (DP) parallel yo‘naltirilgan, qayiqni oldinga siljishga majburlovchi T surish kuchiga va DP ga perpendikulyar yo‘naltirilgan D drift kuchiga parchalanib, qayiqning siljishi va dumalab ketishiga sabab bo‘ladi. .

P kuchi shamolning tezligi va yelkanga nisbatan yo'nalishiga bog'liq. Ko'proq
Agar
Suvning qayiqqa ta'siri ko'p jihatdan uning suv osti qismining konturiga bog'liq.

Yaqindan etkazilgan shamolda D siljish kuchi T surish kuchidan oshib ketishiga qaramay, qayiq oldinga siljiydi. Bu erda korpusning suv osti qismining R 1 lateral qarshiligi ta'sir qiladi, bu frontal qarshilik R dan bir necha marta katta.

Guruch. 47. Pennant shamoli:
V I - haqiqiy shamol; V Sh - qayiq harakatidan shamol; B B - pennant shamoli

D kuchi, korpusning qarama-qarshiligiga qaramay, qayiqni kurs chizig'idan chiqarib yuboradi. DP tomonidan tuzilgan va IP qayig'ining haqiqiy harakati yo'nalishi
Shunday qilib, qayiqning markaziy tekisligi va yelkan tekisligining shamolga nisbatan eng qulay holatini tanlash orqali qayiqning eng katta surish va eng kam siljishini olish mumkin. Qayiqning DP va yelkan tekisligi orasidagi burchak yarmiga teng bo'lishi kerakligi aniqlandi
Yelkanning DP va shamolga nisbatan o'rnini tanlashda, qayiqning brigadiri haqiqiy emas, balki yo'nalishi shamol tezligining natijasi bilan belgilanadigan vimpel (ko'rinadigan) shamol tomonidan boshqariladi. qayiq va haqiqiy shamol tezligi (47-rasm).

Oldingi oyoq oldida joylashgan jib lamel rolini o'ynaydi. Yelkan va old yelkan o'rtasida o'tadigan havo oqimi oldingi yelkan tomonidagi bosimni pasaytiradi va shuning uchun uning tortish kuchini oshiradi. Bu faqat qayiqning jib va DP o'rtasidagi burchak oldingi va DP orasidagi burchakdan bir oz kattaroq bo'lishi sharti bilan sodir bo'ladi (48-rasm, a).

O'ylaymanki, ko'pchiligimiz qandaydir suv osti transport vositasida dengiz tubiga sho'ng'ish imkoniyatidan foydalanamiz, ammo baribir ko'pchilik yelkanli qayiqda dengiz sayohatini afzal ko'radi. Samolyotlar yoki poezdlar bo'lmaganda, faqat yelkanli qayiqlar bor edi. Ularsiz dunyo bir xil emas edi.

To'g'ri yelkanli yelkanli qayiqlar evropaliklarni Amerikaga olib keldi. Ularning barqaror palubalari va sig'imli ambarlari Yangi Dunyoni qurish uchun odamlar va materiallar olib keldi. Ammo bu qadimiy kemalar ham o'z cheklovlariga ega edi. Ular asta-sekin va shamol ostida deyarli bir xil yo'nalishda harakat qilishdi. O'shandan beri ko'p narsa o'zgardi. Bugungi kunda shamol va to'lqinlar kuchini boshqarishning mutlaqo boshqa tamoyillari qo'llaniladi. Shunday qilib, agar siz zamonaviy minishni istasangiz, fizikani o'rganishingiz kerak bo'ladi.

Zamonaviy suzib yurish shunchaki shamol bilan harakat qilish emas, u yelkanga ta'sir qiladigan va uni qanotdek uchishga majbur qiladigan narsadir. Va bu ko'rinmas "narsa" ko'taruvchi kuch deb ataladi, olimlar buni lateral kuch deb atashadi.

Ehtiyotkor kuzatuvchi shamol qaysi tarafdan esmasin, yelkanli yaxta har doim kapitanga kerak bo'lgan joyda - shamol qarshi shamol bo'lsa ham harakatlanishini payqamay qolardi. O'jarlik va itoatkorlikning bunday ajoyib kombinatsiyasining siri nimada?

Ko'pchilik yelkan qanot ekanligini va qanot va yelkanning ishlash printsipi bir xil ekanligini hatto tushunmaydi. U faqat qanotni ko'tarsa, liftga asoslangan samolyot, shamoldan foydalanib, samolyotni yuqoriga suradi, keyin vertikal joylashgan yelkan yelkanli qayiqni oldinga yo'naltiradi. Buni ilmiy nuqtai nazardan tushuntirish uchun asoslarga qaytish kerak - yelkan qanday ishlaydi.

Havoning yelkan tekisligida qanday harakat qilishini ko'rsatadigan simulyatsiya jarayoniga qarang. Bu erda model ostidagi havo oqimlari kattaroq egrilikka ega bo'lib, uning atrofida aylanish uchun egilib turishini ko'rishingiz mumkin. Bunday holda, oqim biroz tezlashishi kerak. Natijada, past bosim maydoni paydo bo'ladi - bu ko'tarilish hosil qiladi. Pastki tomondan past bosim yelkanni pastga tortadi.

Boshqacha qilib aytganda, yuqori bosim maydoni yelkanga bosim o'tkazib, past bosim maydoniga qarab harakat qilmoqda. Bosimdagi farq bor, bu esa liftni hosil qiladi. Yelkan shakliga ko'ra, ichki shamol tomonida shamol tezligi shamol tomoniga qaraganda kamroq. Tashqi tomondan vakuum hosil bo'ladi. Havo tom ma'noda yelkanga so'riladi, bu yelkanli yaxtani oldinga siljitadi.

Aslida, bu printsipni tushunish juda oddiy, shunchaki har qanday yelkanli kemaga qarang. Bu erda hiyla shundaki, yelkan qanday joylashganidan qat'i nazar, shamol energiyasini kemaga uzatadi va hatto vizual ravishda yelkan yaxtani sekinlashtirishi kerakdek tuyulsa ham, kuchlarni qo'llash markazi kemaning kamoniga yaqinroqdir. yelkanli qayiq va shamol kuchi translyatsion harakatni ta'minlaydi.

Ammo bu nazariya, lekin amalda hamma narsa biroz boshqacha. Darhaqiqat, yelkanli yaxta shamolga qarshi chiqa olmaydi - u ma'lum bir burchak ostida harakat qiladi, ya'ni teglar deb ataladi.

Yelkanli qayiq kuchlar muvozanati tufayli harakat qiladi. Yelkanlar qanot kabi harakat qiladi. Ular ishlab chiqaradigan liftning ko'p qismi yon tomonga yo'naltiriladi va faqat kichik miqdori oldinga yo'naltiriladi. Biroq, buning siri yaxta tubi ostida joylashgan “ko‘rinmas” deb ataladigan yelkandagi bu ajoyib hodisadadir. Bu keel yoki dengiz tilida - markaziy taxta. Markaziy taxtaning ko'taruvchisi ham liftni ishlab chiqaradi, u ham asosan yon tomonga yo'naltiriladi. Keel aylanaga va yelkanga ta'sir qiluvchi qarama-qarshi kuchga qarshilik ko'rsatadi.

Yuk ko'tarish kuchidan tashqari, rulon ham mavjud - bu oldinga siljish uchun zararli va kema ekipaji uchun xavfli bo'lgan hodisa. Ammo buning uchun yaxtada qat'iy jismoniy qonunlarga jonli muvozanat bo'lib xizmat qiladigan jamoa mavjud.

Zamonaviy yelkanli qayiqda yelkanli qayiq ham, yelkan ham birga ishlaydi va yelkanli qayiqni oldinga yo'naltiradi. Ammo har qanday yangi dengizchi tasdiqlaganidek, amalda hamma narsa nazariyaga qaraganda ancha murakkab. Tajribali dengizchi biladiki, yelkan kamberidagi ozgina o'zgarish ko'proq ko'tarilish va uning yo'nalishini boshqarish imkonini beradi. Yelkanning kamonini o'zgartirib, malakali dengizchi liftni ishlab chiqaradigan maydonning o'lchami va joylashishini nazorat qiladi. Oldinga chuqur egilish katta bosim zonasini yaratishi mumkin, ammo agar egilish juda katta bo'lsa yoki oldingi qirrasi juda tik bo'lsa, havo molekulalari endi burilishga ergashmaydi. Boshqacha qilib aytganda, ob'ektning o'tkir burchaklari bo'lsa, oqimning zarralari burilish qila olmaydi - harakat impulsi juda kuchli, bu hodisa "ajratilgan oqim" deb ataladi. Ushbu ta'sirning natijasi shundaki, yelkan shamolni yo'qotib, "yuvadi".

Va yana bir nechtasi amaliy maslahat shamol energiyasidan foydalanish. Shamolga tegmaslik (yaqin masofada poyga). Dengizchilar buni "shamolga qarshi borish" deb atashadi. 17 tugun tezligiga ega bo'lgan ko'rinadigan shamol to'lqin tizimini yaratadigan haqiqiy shamoldan sezilarli darajada tezroq. Ularning yo'nalishlaridagi farq 12 ° ni tashkil qiladi. Ko'rinadigan shamolga yo'nalish 33°, haqiqiy shamolga - 45°.

Janubda esayotgan shamollar tinch okeani g'arbiy yo'nalishda esadi. Shuning uchun bizning marshrutimiz shunday tuzilganki, "Juliet" yelkanli yaxtasida biz sharqdan g'arbga harakat qilamiz, ya'ni shamol orqa tomondan esadi.

Ammo, agar siz bizning marshrutimizga qarasangiz, ko'pincha, masalan, janubdan shimolga Samoadan Tokelauga o'tayotganda, biz shamolga perpendikulyar harakat qilishimiz kerak edi. Va ba'zida shamol yo'nalishi butunlay o'zgarib ketdi va siz shamolga qarshi borishingiz kerak edi.

Julietning marshruti

Bu holatda nima qilish kerak?

Yelkanli kemalar qadimdan shamolga qarshi suzib yura olgan. Klassik Yakov Perelman bu haqda uzoq vaqt davomida yaxshi va oddiygina "Ko'ngilochar fizika" seriyasidagi ikkinchi kitobida yozgan. Bu asarni rasmlar bilan so'zma-so'z keltiraman.

"Shamolga qarshi suzish

Yelkanli kemalar qanday qilib "shamolga qarshi" ketishini yoki dengizchilarning so'zlariga ko'ra, "tashib" ketishini tasavvur qilish qiyin. To'g'ri, dengizchi sizga to'g'ridan-to'g'ri shamolga suzib keta olmasligingizni aytadi, lekin siz faqat shamol yo'nalishiga o'tkir burchak ostida harakat qilishingiz mumkin. Ammo bu burchak kichik - to'g'ri burchakning to'rtdan bir qismi - va u xuddi shunday tushunarsiz ko'rinadi: to'g'ridan-to'g'ri shamolga qarshi yoki unga 22 ° burchak ostida suzib yurish kerakmi.

Biroq, aslida, bu befarq emas va biz endi shamol kuchi bilan qanday qilib engil burchak ostida unga qarab harakat qilish mumkinligini tushuntiramiz. Keling, avvalambor, shamolning yelkanda qanday ta'sir qilishini, ya'ni yelkanni esganda qayerga surishini ko'rib chiqaylik. Siz shamol doimo yelkanni o'zi esayotgan tomonga suradi deb o'ylayotgandirsiz. Ammo bu unday emas: shamol qayerga essa, yelkanni yelkan tekisligiga perpendikulyar suradi. Haqiqatan ham: shamol quyidagi rasmdagi o'qlar bilan ko'rsatilgan yo'nalishda essin; AB chizig'i yelkanni ifodalaydi.

Shamol yelkanni har doim tekisligiga to'g'ri burchak ostida itaradi.

Shamol yelkanning butun yuzasi bo'ylab bir tekis surilganligi sababli, biz shamol bosimini yelkanning o'rtasiga qo'llaniladigan R kuchi bilan almashtiramiz. Biz bu kuchni ikkiga ajratamiz: yelkanga perpendikulyar bo'lgan Q kuchi va uning bo'ylab yo'naltirilgan P kuchi (o'ngdagi yuqoridagi rasmga qarang). Oxirgi kuch yelkanni hech qaerga surmaydi, chunki tuvaldagi shamolning ishqalanishi ahamiyatsiz. Yelkani unga to'g'ri burchak ostida itaruvchi Q kuchi qoladi.

Buni bilib, biz yelkanli kemaning shamolga o'tkir burchak ostida qanday borishini osongina tushunishimiz mumkin. KK chizig'i kemaning kiel chizig'ini ifodalasin.

Qanday qilib shamolga qarshi suzishingiz mumkin.

Shamol bu chiziqqa o'tkir burchak ostida o'qlar qatori bilan ko'rsatilgan yo'nalishda esadi. AB chizig'i yelkanni ifodalaydi; uning tekisligi keel yo'nalishi va shamol yo'nalishi orasidagi burchakni ikkiga bo'ladigan tarzda joylashtiriladi. Kuchlarni taqsimlash diagrammasiga amal qiling. Biz yelkandagi shamol bosimini Q kuchi bilan ifodalaymiz, biz bilamizki, yelkanga perpendikulyar bo'lishi kerak. Biz bu kuchni ikkiga ajratamiz: kilga perpendikulyar bo'lgan R kuchi va kemaning kiel chizig'i bo'ylab oldinga yo'naltirilgan S kuch. Idishning R yo'nalishi bo'yicha harakati kuchli suvga chidamliligiga duch kelganligi sababli (keel yelkanli kemalar juda chuqur bo'ladi), keyin R kuchi suvning qarshiligi bilan deyarli to'liq muvozanatlanadi. Faqat S kuchi qoladi, siz ko'rib turganingizdek, oldinga yo'naltirilgan va shuning uchun kemani shamolga qarab burchak ostida harakatlantiradi. [Yelkan tekisligi kiel va shamol yo'nalishlari orasidagi burchakni ikkiga bo'lganida S kuchi eng katta ekanligini ko'rsatish mumkin.]. Odatda bu harakat quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, zigzaglarda amalga oshiriladi. Dengizchilar tilida kemaning bunday harakati so'zning tor ma'nosida "tacking" deb ataladi.

Keling, qayiq yo'nalishiga nisbatan barcha mumkin bo'lgan shamol yo'nalishlarini ko'rib chiqaylik.

Shamolga nisbatan kema yo'nalishlarining diagrammasi, ya'ni shamol yo'nalishi va vektor o'rtasidagi burchak (kurs).

Shamol yuzga (bosh shamol) esganda, yelkanlar u yoqdan-bu yoqqa osilib turadi va yelkan bilan harakat qilish mumkin emas. Albatta, siz har doim yelkanlarni pastga tushirishingiz va dvigatelni yoqishingiz mumkin, ammo bu endi suzib yurishga tegishli emas.

Shamol aynan orqa tomondan (jibe, tailwind) esganda dispers havo molekulalari yelkanga bir tomondan bosim o'tkazadi va qayiq harakatlanadi. Bunday holda, kema faqat shamol tezligidan sekinroq harakat qilishi mumkin. Velosipedni shamolda haydashning o'xshashligi bu erda ishlaydi - shamol orqada esadi va pedalda yurish osonroq.

Yelkan shamolga qarshi harakatlanayotganda (tortib olinganda) yelkandagi havo molekulalarining yelkandagi kabi orqadan bosimi tufayli emas, balki ikkala tomonda ham har xil havo tezligi tufayli yuzaga keladigan ko'taruvchi kuch tufayli harakatlanadi. yelkan bo'ylab tomonlar. Shu bilan birga, keel tufayli, qayiq qayiqning yo'nalishiga perpendikulyar yo'nalishda emas, balki faqat oldinga siljiydi. Ya'ni, bu holda yelkan shamolda bo'lgani kabi soyabon emas, balki samolyot qanotidir.

O'tishlarimiz davomida biz asosan orqa va ko'rfaz shamollari bilan o'rtacha 7-8 knot tezlikda 15 tugun shamol tezligida suzib yurdik. Ba'zan biz shamolga qarshi, yarim shamol va yaqin masofada bordik. Va shamol to'xtagach, ular dvigatelni yoqishdi.

Umuman olganda, shamolga qarshi yelkanli qayiq mo''jiza emas, balki haqiqatdir.

Eng qizig'i shundaki, qayiqlar nafaqat shamolga qarshi, balki shamoldan ham tezroq harakatlana oladi. Bu qayiq orqaga o'tib, o'z shamolini yaratganda sodir bo'ladi.

“Kelajak sari qadam” tumanlararo ilmiy-amaliy konferensiyasi

Bo'lim: fizika

Mavzu: "Yelkanli yaxtaning harakat fizikasi"

Rahbar: Bukholtseva O.V., fizika o'qituvchisi

MOU №11 o'rta maktab, Severobaykalsk

Severobaykalsk

Yangi boshlanuvchilarni o'qitishning dolzarbligiga e'tibor qaratmoqchimiz: 2

Yangilik 3

Severobaykalsk yaxtalari 3

Fizika 4

Shamolning harakatlantiruvchi kuchi 4

Bernulli qonuni 4

Sarlavha jibe 5

Gulfwind 6 kursi

Og'irlikning joylashishi va suv bilan o'zaro ta'siri 7

Uzunlamasına vazn taqsimoti. Sharp kurslari 8

Uzunlamasına vazn taqsimoti. To'liq kurslar 8

Yanal vazn taqsimoti da adolatli shamol 9

Kuyruk shamoli va 9-to'lqin bilan og'irlikning lateral taqsimoti

Xulosa 11

Biz 10 yildan beri suzib yuramiz. Avvaliga biz Optimistlarda suzib ketdik, vaqt o‘tishi bilan tajriba orttirdik va Luch-mini va Cadet sinfidagi yaxtalarda suzib keta boshladik. Endi keksa va tajribali bo'lib, biz Luch standartidagi yaxtani va kruiz kemalarini boshqarishimiz mumkin. Severobaykalsk, Bratsk va Ust-Ilimskdagi mintaqaviy regatalarda qatnashgan. Bir necha bor sovrinli o'rinlarni egallagan va g'olib bo'lgan.

Biz yangi boshlanuvchilarni o'qitishning dolzarbligiga e'tibor qaratmoqchimiz:

Yozda Baykal Regatta lagerida biz, "eskilar", yangi boshlanuvchilarga suzib yurishni o'rgatamiz. Trening vaqti - 21 kun. Va bu erda kelajakdagi yaxtachi sezgi emas, balki fizika bilimi qanchalik muhimligini tushunadi. Axir, har bir "yangi" shamol harakatida asosiy narsa va afzal adolatli deb hisoblaydi. Mana birinchi va eng katta xato. Va ko'plari bor. Shuning uchun bizning ishimizning maqsadi yelkanli yaxtaning harakati fizikasini o'rganish uchun qo'llanma yaratishdir.

Maqsadga erishish uchun biz quyidagilarni hal qilishimiz kerakvazifalar :

Severobaykalskda mavjud bo'lgan yaxtalar turlarini ko'rib chiqing.
Yaxta harakatining tabiatini o'rganish.
Yangi kelganlarning fikrini shubha ostiga qo'yish - bu eng muhim narsa - quyruq shamoli.
Og'irlikning joylashuvi yaxta tezligiga qanday ta'sir qilishini o'rganish.
Suvning jismoniy xususiyatlarining yaxta tezligiga ta'sirini ko'rib chiqing.

Muammoni hal qilish usullari:

Axborot yig'ish va tahlil qilish.
Suhbat va so'rov.
Hisob-kitoblarni bajarish.
Jadvallarni tuzish.
Yaxta sinovi.

Yangilik

Kitoblar va veb-saytlarda yaxta harakati fizikasi tavsifi mavjud, ammo bu barcha materiallarda yaxtaning harakatiga ta'sir qiluvchi har bir omil, ya'ni shamolning yelkan bilan o'zaro ta'siri, yaxtada og'irlikning taqsimlanishi, o'zaro ta'sir. suvning korpusi bilan alohida ko'rib chiqiladi, bu bizning fikrimizcha, to'g'ri emas. Zero, g‘alaba qozonish uchun yaxtachi shu uch omilni bir butunga birlashtirishi kerak.

Severobaykalsk yaxtalari

Severobaykalskda yaxtalarning ayrim sinflari mavjud, masalan:

Ism	Siqilish	Uzunlik	shamol	Ekipaj

Rey	≈ 160 kg	4,23 m	7,05 m2	1 kishi

Optimist	favqulodda suzish qobiliyati kamida 90 litr	≈ 2,3 m	3,33 m2	1 kishi

Finn	107 kg	4,50 m	10 m2	1 kishi

Kursant	95 kg	3,22 m	9,41 m2	2 kishi

Assol	630 kg	5,53 m	13,66 m2	4 kishi

http://minitonnik.com.ua/?q=node/126

Fizika

Shamolning harakatlantiruvchi kuchi

Yaxtaning harakatlanishi shamolning yelkan bilan oʻzaro taʼsir qilishi bilan bogʻliq. Ushbu o'zaro ta'sirni tahlil qilish ko'plab yangi boshlanuvchilar uchun kutilmagan natijalarga olib keladi. Ma'lum bo'lishicha, maksimal tezlik shamol to'liq orqada esganda emas, balki "adolatli shamol" istagi mutlaqo kutilmagan ma'noga ega.

Bernulli qonuni

Havo oqimi kinetik energiyaga ega va yelkanlar bilan o'zaro ta'sirlashib, yaxtani harakatga keltira oladi. Samolyot yelkanining ham, qanotining ham ishi Bernulli qonuni bilan tavsiflanadi, unga ko'ra oqim tezligining oshishi bosimning pasayishiga olib keladi. Havoda harakatlanayotganda, qanot oqimni ajratib turadi. Uning bir qismi qanotni yuqoridan, bir qismi pastdan chetlab o'tadi. Samolyot qanoti qanotning yuqori qismidagi havo oqimi qanotning pastki qismidagi havo oqimidan tezroq harakatlanishi uchun yaratilgan. Natijada, qanot ustidagi bosim pastdan ancha past bo'ladi. Bosimdagi farq qanotning ko'tarish kuchidir.

Yelkan yaxtani faqat oqimga ma'lum burchak ostida bo'lsa va uni burilsa, harakatga keltirishi mumkin. Savol qoladi: ko'tarilishning qancha qismi Bernoulli ta'siriga bog'liq va qancha oqimning burilish natijasi. Qanotning klassik nazariyasiga ko'ra, ko'tarish kuchi faqat assimetrik qanot ustidagi va pastdagi oqim tezligining farqi natijasida paydo bo'ladi. Ma'lumki, nosimmetrik qanot, agar u oqimga ma'lum bir burchak ostida o'rnatilgan bo'lsa, liftni ham ishlab chiqarishga qodir. Ikkala holatda ham qanotning old va orqa nuqtalarini bog'laydigan chiziq va havo oqimining yo'nalishi orasidagi burchak hujum burchagi deb ataladi.

Ko'tarish kuchi hujum burchagi bilan ortadi, ammo bu qaramlik faqat ushbu burchakning kichik qiymatlari uchun ishlaydi. Hujum burchagi ma'lum bir kritik darajadan oshib ketishi va oqim to'xtab qolishi bilanoq, qanotning yuqori yuzasida ko'plab vortekslar hosil bo'ladi va ko'tarish kuchi keskin kamayadi.

Yelkanlar havo oqimiga burchak ostida bo'lib, uni burishtiradi. Yelkanning "yuqori", qirrali tomoni orqali o'tib, havo oqimi uzoqroq yo'lni bosib o'tadi va oqimning uzluksizligi printsipiga muvofiq, shamoldan, "pastki" tomondan qaraganda tezroq harakat qiladi. Natijada, yelkanning suzuvchi tomonidagi bosim shamol tomoniga qaraganda ancha past bo'ladi.

jibe kursi

Kursda harakatlanayotganda jibe, yelkan shamol yo'nalishiga perpendikulyar o'rnatilganda, shamol tomonidagi bosimning ortishi darajasi lee tomonidagi bosimning pasayishi darajasidan kattaroqdir, boshqacha aytganda, shamol yaxtani ko'proq itaradi, tortishdan ko'ra. Qayiq shamolga keskin aylanganda, bu nisbat o'zgaradi. Shunday qilib, agar shamol qayiqning yo'nalishiga perpendikulyar bo'lsa, yelkan bosimining shamolga o'sishi tezlikka pastroq bosimning pasayishiga qaraganda kamroq ta'sir qiladi. Natijada, ushbu kurs bilan yelkan yaxtani itarishdan ko'ra ko'proq tortadi.

Qayiqchilar jibe eng tezkor kurs emasligini bilishadi. Agar bir xil kuchdagi shamol yo'nalishga 90 graduslik burchak ostida esayotgan bo'lsa, qayiq tezroq harakat qiladi. Jibda shamolning yelkanga qarshi itarish kuchi yaxta tezligiga bog'liq. Tezlik oshgani sayin, yelkandagi bosim pasayadi va yaxta maksimal tezligiga yetganda minimal bo'ladi. Jibdagi maksimal tezlik har doim shamol tezligidan kamroq.. Buning bir qancha sabablari bor: birinchidan, ishqalanish, har qanday harakatda energiyaning bir qismi harakatga xalaqit beradigan turli kuchlarni yengish uchun sarflanadi. Ammo asosiysi shundaki, shamolning yelkanni bosadigan kuchi shamolning ko'rinadigan tezligining kvadratiga proportsionaldir va jibdagi ko'rinadigan shamol tezligi haqiqiy shamol tezligi va tezlik o'rtasidagi farqga teng. yaxtaning.

Gulfshamol kursi

Ko'rfaz shamoli yo'nalishida (shamolga 90º da) yelkanli yaxtalar shamoldan tezroq harakatlana oladi. Biz shuni ta'kidlaymizki, Gulfwind yo'nalishida shamolning yelkanlarni bosish kuchi kamroq darajada yaxta tezligiga bog'liq.

Og'irlikning joylashuvi va suv korpusining o'zaro ta'siri

Og'irlikni taqsimlash ma'lum bir vaziyatda qanday ta'sir ko'rsatishiga e'tibor berish hamma uchun foydalidir. Har safar biz yaxtani o'rnatish haqida gapirishni taklif qilsak, yangi boshlanuvchilar biz shpallar va yelkanlar haqida gapirishimizga aminlar. Ammo kamdan-kam esga olinadigan joy bor - bu korpusning suvdagi holati - qanday qilib "muvozanatlash", "kemani kesish", "kemada balastni to'g'ri taqsimlash".

Shubhasiz, vaznning to'g'ri taqsimlanishi qayiqning marra chizig'idagi o'rnini aniqlashda hal qiluvchi rol o'ynashi mumkin. Bu muammoni yaxtaning u yoki bu nuqtasiga og'irlikni o'tkazish orqali hal qilish mumkin.

Yaxtani muvozanatlashning asosiy printsipi - korpusga ta'sir qiluvchi kuchlar muvozanatini topish va korpusning ma'lum ob-havo sharoitida maksimal tezlikni ta'minlaydigan holatini saqlab qolishdir.

Uzunlamasına vazn taqsimoti. keskin kurslar

Yengil shabada

Qayiq qanchalik sekin harakat qilsa, shunchalik sekin ehtimoli ko'proq sharqda turbulent girdoblarning paydo bo'lishi. Agar siz orqa tomonni tushirsangiz, ya'ni og'irlikni kamonga yaqinlashtirsangiz, vaziyatni to'g'irlashingiz mumkin.

Yengil shamollarda keng tarqalgan muammo bu yaxtaning luffga moyilligining pasayishi. Shu sababli, liftdagi o'zgarishlarni kuzatish va shamolga imkon qadar keskin o'tish qiyin bo'ladi. Yengil shamollarda yelkanlar va dastgohlarning joylashuvi luffga moyillikni kamaytiradi va dengizchilarni ular o'rganib qolgan his-tuyg'ularsiz qoldiradi. Ushbu muammoning klassik yechimi pastki shaklini o'zgartirish va luffga moyillikni oshirish uchun qayiqni leeward ro'yxatiga kiritishdir. Afsuski, aksariyat korpuslar uchun bu qadam korpusning namlangan sirt maydonini oshiradi, shuningdek, qattiq tortishish kuchini oshiradi va natijada yaxta tezligini pasaytiradi. Buning o'rniga og'irlikni oldinga siljitsak va burunni og'irlashtirsak, lateral tortishish markazi oldinga siljiydi, aylanish tendentsiyasi kuchayadi va namlangan sirt maydoni bir xil bo'lib qoladi. Shubhasiz, rulni shamol tomonga burish uchun rul boshqaruvchisi shunchaki korpusdagi tortishni oshiradi.

Yangi shabada

Ehtiyot bo'ling, orqa tomon suvga juda past botib ketmasin va kamon suv ustida ko'tariladi, bu suv chizig'ining uzunligini qisqartiradi. Men qayiqning yo‘nalishda aylanayotganini sezmagunimcha, odatda bir oz oldinga, keyin biroz orqaga ketaman. Tashqi trapezoidli qayiqda siz og'irlikni orqaga qaytarishingiz mumkin, bu tezlikni oshiradi, ammo kursning keskinligini pasaytiradi. Bundan tashqari, ushbu harakat rejimi korpusning to'lqin bilan to'qnashuvini oldini olish uchun burunni sirtdan yuqoriga ko'tarishga imkon beradi.

Uzunlamasına vazn taqsimoti. To'liq kurslar

Yengil shabada

Printsip bir xil bo'lib qoladi: namlangan sirt maydonini minimallashtirish. Bunday vaziyatda og'irroq qayiqchi ustunlikka ega bo'lishi mumkin, chunki u qayiqning kamonini ko'proq chuqurlashtirishga qodir, garchi ko'p hollarda qayiqchi qanchalik engil bo'lsa, u kichik qayiqni yaxshi boshqaradi, deb ishoniladi.

Suv chizig'ining uzunligi siljish korpuslarining tezligini belgilaydigan eng muhim parametrlardan biridir. Yoyning chuqurlashishi natijasida stern ko'tarilishi mumkin va bu suv chizig'ining uzunligini keskin qisqartiradi. (Yengil shamollarda suv chizig'ining uzunligi namlangan sirt maydonidan kamroq ahamiyatga ega). Agar siz qulay tarzda o'tirsangiz, ehtimol siz etarlicha oldinga harakat qilmaysiz. Suvning sharqiy tomoniga qarang: aylanayotgan oqimlarni ko'rsangiz, oldinga intiling.

O'rtacha shamol

Agar qayiq rejalashtirishni to'xtatsa, oldinga siljiting va qayiq samolyotga chiqsa, orqaga qayting. Bir kuni eski do'stim eslaganini aytdi muhim qoida: iloji boricha orqa tomonga yaqinroq o'tiring ... Menimcha, u muhim qo'shimchani unutdi: orqadagi oqim silliq, turbulentliksiz qolsa. Bu halokatli marraga sabab bo'ldi, chunki u akasi bilan butun poygada bir-biriga qarama-qarshi o'tirgan holda o'tdi. Musobaqadagi muvaffaqiyat kamon va qattiq yuk o'rtasidagi nozik muvozanatni talab qiladi.

Agar siz to'lqinlar yaratadigan ta'sirni hisobga olsangiz, oldinga va orqaga harakat qilish rejalashtirish rejimini saqlashga katta yordam beradi.

Kuchli shamol

O'zingizni orqa tomonga iloji boricha yaqinroq joylashtiring - bu kamonni suvdan balandroq tutishga yordam beradi va korpusning to'lqinga tegishi ehtimolini kamaytiradi. Afsuski, bu ba'zan etarli emas.

Orqa shamol bilan og'irlikning lateral taqsimlanishi

zaif shamol

Ba'zi odamlar, yaxta har doim, ayniqsa, kichik to'lqinlarda biroz dumalab turishi kerak deb o'ylashadi. Biz leeward tomoniga bir SUM tarafdorlari. Agar to'lqin yoki botayotgan shamol bilan uchrashuv tufayli tezlik birdan keskin tushib qolsa, rulon bilan suzib yuruvchi yaxta hali ham biroz tezlashish imkoniyatiga ega. Buning uchun uni tekislash kifoya.

Agar shamol kuchi etarli bo'lsa, gybeda quyidagi nayrangni bajarish mumkin.

Iloji boricha oldinga siljiting va qayiqni yo'nalishida ushlab turish uchun rulni boshqarayotganda uni bir necha daraja shamolga egib qo'ying. Avvaliga siz rulning bir oz tortilishini his qilasiz, lekin markaziy taxta ko'tarilish hosil qila boshlagach, bosim pasayadi, rul engil, neytral bo'ladi va kerakli yo'nalishga o'rnatiladi. Bunday burilish ham juda samarali, chunki u shamolda qo'shimcha balandlikka erishish imkonini beradi. Ammo ehtiyot bo'ling: agar bunday manevr paytida tezlikni o'chiradigan to'lqin paydo bo'lsa, ta'sir halokatli bo'lishi mumkin.

O'rtacha shamol

Kuchli shamollar bilan bog'liq odatiy muammo doimiy rulon bo'lib, bu aylanish tendentsiyasini oshiradi. Buning o'rnini qoplash uchun siz doimo rulni burishtirib olishingiz kerak. Bu chelakni orqa tomonga sudrab borishga o'xshaydi. Rulda yaxtadagi eng katta tormozdir. Burilish paytida rulning pichog'i suv ustida ko'tarilsa, yanada samarali ishlaydi. Pastga tushirilgan burun shamolga aylanishni yanada samarali qiladi.

Zamonaviy yaxtalarda quyma moyillikni kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan ko'plab hiylalar mavjud. Ammo agar siz yaxtaning tovonini shamolga qaratsangiz, muammo yo'qoladi.

Kuyruk shamoli va to'lqin bilan lateral vazn taqsimoti

Orqada turish

Og'ir dengizlarda to'liq kurslarda suzib o'tayotganda, yaxtani boshqarishni osonlashtirish uchun korpus shakli ishlatilishi kerak. Quyidagi to'lqinni minib olish va ortiqcha rulonni oldini olish uchun rulni keskin siljitish kerak va bu muvaffaqiyatga erishish imkoniyatini kamaytiradi.

chayqalish

Agar qayiqda harakat qiluvchi kuchlarni hisobga oladigan bo'lsak, to'quv paytida qayiqning burni nima uchun suvga tushishi aniq bo'ladi. Roll rulda ko'tarilish hosil qiladi, bu esa burunni cho'ktirishga olib keladi va uni ko'tarish qiyinlashadi. Buning o'rnini qoplash uchun bum varag'ini ochish kerak va kamon shamolga qarab harakatlana boshlaydi. Rulda yordamida nozik kursni tuzatish mumkin. Burilish paytida jamoaning og'irligini orqaga qaytarish yaxshiroqdir; bu burunni ko'taradi va bu shamolni to'g'ri yo'nalishga aylantirishga yordam beradi.

yopish

Men kichik yelkanli qayiqlar bilan ishlash tajribasidan bilamanki, burilish paytida tezlik keskin tushib ketishi mumkin. Buning sabablaridan biri rul boshqaruvchisining kabinadagi harakatidir. Burilish paytida bum ostida sho'ng'igan rul boshqaruvchisi orqaga siljiydi, orqa qismini eritadi va u yaxshi tormoz sifatida ishlay boshlaydi. Agar siz elkama-kamarni orqaga qarab chetlab o'tsangiz, vaziyatni to'g'irlashingiz mumkin. Shu bilan birga, tortishish markazi unchalik orqaga siljimaydi, chunki "qo'llab-quvvatlashning beshinchi nuqtasi" boshidan og'irroq! Bu samarali manevr, lekin bumdan qochishda juda ko'p egilishdan ehtiyot bo'ling - oyog'ingizning bir harakati va harakatlaringizning ta'siri yo'qoladi. (Matnni tayyorlash jarayonida ushbu tavsiya jiddiy shubhalarni uyg'otdi. Axir, orqaga ko'chirishda rul boshqaruvchisi orientatsiyani, atrofda sodir bo'layotgan narsalarni nazorat qilishni yo'qotadi. Biz o'quvchilarni qaysi usul yaxshiroq ekanligi haqida o'z qarorlarini qabul qilishga taklif qilamiz. - Taxminan. Tarjimonlar.)

Shunday qilib, vaznni qanday taqsimlaymiz:

Yengil shabada

O'rtacha shamol

Yangi shabada

o'zingizni qulay his qilguningizcha oldinga harakat qiling;

· yaxtani tovon tomoniga egmang, oldinga siljigan ma'qul.

Rul g'ildiragi tormoz ekanligini unutmang. Uni o'rta holatda saqlashga harakat qiling, yelkanlar bilan ishlash orqali kursni o'zgartiring;

· yaxta rejalashtirishni boshlashi bilanoq, orqaga harakat qiling, yaxta siljish rejimiga o'tishi bilanoq, oldinga harakat qiling;

· Chidab ketganingizda, orqaga qayting, choyshablarni yumshatib, manevrni boshlang.

· toʻliq sarlavhalarda yaxtaning kamonini iloji boricha suvdan baland tuting;

· o'tkir yo'llarda, agar siz juda orqaga ketsangiz - yaxta orqaga, juda oldinga sekinlashadi - yaxta to'lqinni siqib chiqaradi.

Xulosa

Chiqish: Severobaykalsk shahri Baykal ko'li bo'yida joylashgan bo'lib, suv zonasida Buryatiyadagi yagona yaxta klubi mavjud bo'lib, u sayyohlar va maktab o'quvchilari uchun mahalliy diqqatga sazovor joy hisoblanadi. Qisqa shimoliy yozda ularning ko'pchiligi yaxtalarda suzib yurishni o'rganishni orzu qiladi. Agar yaxta jihozlarini o'rganish bilan qirg'oqda shug'ullanish mumkin bo'lsa, unda yaxta harakati fizikasining nazariy kursini o'zlashtirish qiyin. Va bu qo'llanma har kimga vaznni to'g'ri taqsimlashga, yelkanni sozlashga va jismoniy ma'lumotlari va ko'nikmalariga ko'ra kursni tanlashga yordam beradi.