Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Поток Научпоп доступен 24/7 благодаря поддержке друзей Хабра
Комментарии 44
Если ветер будет дуть со скоростью 10 м/с, тем самым разогнав яхту до 5 м/с, а затем сбавив скорость до 1м/с, то яхта будет идти быстрее ветра в 5 раз ¯\_(ツ)_/¯
а если еще и течение будет хорошим, то вообще держись)))
Я всегда представлял такой мысленный эксперимент. Допустим у нас обеденный стол метр на два, и по диагонали проложена железная дорога из лего на которой в углу стоит тележка.
Ветер идёт по направлению от одной длинной стороны до другой со скоростью 1 метр в минуту. То есть молекула воздуха пройдёт от одного длинного края стола до другого за минуту.
Допустим парус максимально эффективен и принимает всю скорость ветра и тележка движется со скоростью 1 метр в минуту перпендикулярно длинной грани стола и в том же направлении. То есть от одной длинной стороны до другой она доедет за минуту при этом продела путь по диагонали, потому что железная дорога по диагонали(киль у лодки) и по другому она двигаться не может.
Для наглядности ветер мы можем заменить черенком от швабры парралельно длинной стороне, которая за минуту доходит от одного длинной стороны до другой. При этом тележка вынуждена фигачить по диагонали.
Вот так лодка может плыть быстрее ветра.
Статья интересная, но явно не хватает картинок и схем для наглядности. Только поэтому не плюсую. Добавьте - и многие будут вам благодарны. Рассуждать о векторах, углах и силах без схем - преступление)))
Там есть ссылка на статью — вот там картинки, схемы. Не вижу смысла их здесь дублировать. А общую схему сил, действующих на яхту, любой желающий легко нарисует сам — она достаточно простая.
Я, честно говоря, и из приложенного PDF по ссылке не особо понял. Нужна простейшая иллюстрация: куда дует ветер, и из чего складывается добавочная скорость.
Плывем против… здравого смысла?
Парадоксы случаются не только с полетами в воздухе. Даже с плаваньем (правильно – «хождением») парусных судов, известных тысячелетия, связано немало удивительного. Например, мы знаем, что эти суда движет ветер. Значит, куда дует ветер, туда судно и идет. Но идти против ветра? Это вопреки здравому смыслу. Как же могут парусные суда идти против ветра, или, по выражению моряков, идти в бейдевинд?
Рассмотрим, как действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Обычно думают, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он всегда толкает парус перпендикулярно его плоскости. Покажем это.
Пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рис. 240, а, линия АВ изображает парус. Так как ветер давит равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем силу давления ветра силой R, приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на силу Q, перпендикулярную парусу, и силу F, направленную вдоль него вперед. Сила F никуда не толкает парус, так как трение ветра о ткань незначительно. Остается сила Q, которая толкает парус под прямым углом к нему. Теперь легко сообразить, как может парусное судно идти под углом навстречу ветру.
В статье много чего-то современно-научного, но, в общем-то любой, кто хоть немного знаком с парусным спортом и так знает, что любая самая обычная гоночная яхта совершенно спокойно идёт против ветра галсом со скоростью быстрее скорости самого ветра :)
Стало интересно: а если заменить парус на вертушку (типа мельницы) осью поперёк судна с прямым приводом на винты и идти боком к ветру, можно ли разогнаться быстрее? Чтобы ветер дул поперёк плоскости вертушки, а судно плыло "ребром" вперёд, чтобы эта вертушка не тормозила. Наверное, трогаться лучше в галфвинд, а по мере разгона поворачивать немного под ветер
Можно
Конструкции где вместо паруса вертушка(пропеллер) есть. Но на земле они лучше работают, чем на воде. https://en.wikipedia.org/wiki/Blackbird_(wind-powered_vehicle)
Какой дакрон, какая дайнима? Оксфорд, только оксфорд!!!
А за статью спасибо, однозначно в закладки.
Оксфорд и дайнима — из разных миров. Оксфорд (полиэстер) — это дешевая и прочная ткань для чехлов и сумок, но для парусов она не годится: тянется, "дышит" и плохо держит форму. Дайнима — это бренд сверхпрочного полиэтилена, материал для такелажа и топовых гоночных парусов. Вместе они встречаются в "Dyneema Oxford" — нейлоновой основе, армированной сеткой из дайнимы, из которой шьют очень прочные рюкзаки. Но парус из чистого оксфорда не сделает яхту быстрее ветра, а скорее наоборот. Почитайте яхтенные форумы - этот вопрос одно время активно обсуждался.
За оценку статьи спасибо.
Помните 5 лет назад уже была машина ехавшая на силе ветра быстрее ветра... только там турбина на машине вращал колеса с передаточным числом
Что интересно, так это рекорды скорости. Кайтсерф, виндсерф и катамаран hydroptère совершенно разные, но бьются за считанные узлы (даже доли узлов) вокруг рекорда в 50 узлов.
Встаёт вопрос: достигли ли мы предела?
И даже более любопытный вопрос: можно ли вывести теоретическую верхнюю границу границу скорости (меньшую скорости света ;) ) для судна, движимого ветром? Запасание энергии не разрешаем, только немедленное использование ветра.
Можно положить скорость ветра постоянной, скажем, двадцать узлов.
Если рассматривать чисто теоретический предел, отвязанный от материала и человека — нет. Можно сколь угодно увеличивать K0 (аэродинамическое качество паруса) и уменьшать гидродинамическое сопротивление корпуса. В пределе, если парус станет идеальным крылом (K0 → ∞), а корпус перестанет создавать сопротивление (как у буера на льду), скорость может быть сколь угодно высокой. Есть сайт https://sea-man.org/ - там статья - аэродинамика паруса, на русском, только он без VPN сейчас недоступен.
На воде же практический предел сегодня — 60–65 узлов. Выше - очень сильная кавитация, сопротивление растет даже на подводных крыльях, ну и КО по максимуму сейчас 3-5.
Буерам проще, кавитации нет, сопротивления нет и единственный фактор - это аэродинамика паруса.
Если рассматривать чисто теоретический предел, отвязанный от материала и человека — нет.
Потому и задаю вопрос, какое фундаментальное ограничение можно ввести в систему, чтобы получить оценку хотя бы в половину от скорости света ;)
Если говорить о фундаментальных ограничениях, не связанных с материалами, то в классической физике предела нет — скорость может расти до тех пор, пока растёт K0 и падает сопротивление. Релятивистские ограничения (скорость света) здесь не работают, потому что система не релятивистская. Так что половина скорости света — это уже не про ветер, а про то, как изменить законы физики.
можно ли вывести теоретическую верхнюю границу границу скорости (меньшую скорости света ;) ) для судна, движимого ветром?
Конечно, из закона сохранения импульса. Ветер несёт m_wind*V_wind, мы его преобразуем в m_ship*V_ship, не забывая про векторную природу импульса. Поскольку массу судна можно сделать сколь угодно малой, а площадь паруса (воспринимающего импульс ветра) сколь угодно большим, то мы ограничены c. (На самом деле, конечно, уже при пересечении звукового барьера возникнут проблемы).
1) В ньютоновской механике, которая описывает движение парусной яхты, нет ограничения скорости — ни скоростью света, ни чем-либо ещё. 2) Парусная яхта не использует весь импульс набегающего воздушного потока. Она взаимодействует с вымпельным ветром, который возникает из-за движения самой яхты. Это не прямое преобразование импульса «ветра в парус». Поэтому закон сохранения импульса в таком прямом виде не применим. 3) Реально проблемы возникнут раньше достижения скорости звука из-за кавитации. Скорость звука - 340 м/с, кавитация в воде начинает возникать при 50-70 м/с, а на 300 м/с вода будет моментально превращаться в пар и про управляемость можно забыть.
Очень напомнило Ветромобили и Роторные судна - они не только могут двигаться быстрее ветра, но и двигаться строго против его направления (не боком). Узнал это с канала Дерека, был крайне удивлён.
Смешались в кучу кони, люди... Автор статьи в принципе не понимает, что "быстрее ветра" бывает в двух разных смыслах: по модулю - и быстрее-ветра-по-ветру (velocity made good)?
Трудности, описываемые в статье словами, относятся к преодолению именно VMG больше единцы. При этом числа в таблице - данные по "скалярной" скорости. А в этом смысле парусники (и сухопутные, и морские) обогнали ветер почти два века назад, и никаких "споров" в конце девятнадцатого и начале двадцатого века быть просто не могло.
Современная яхта, это по сути самолёт, где одно крыло - парус, а второе - киль. Так и летает. И мордой в ветер с хорошим парусом и грамотным экипажем завсегда идёт быстрее, чем ветер. О чём спор?
Хм, а чего бы в качестве паруса не поставить авторотирующий винт? Как у автожира. Аэродинамическое качество конечно меньше чем у крыла, но вряд ли сильно хуже паруса. Зато компактность, мачта ниже, диапазон ветра шире.
Ну, и майлар -- это тот же лавсан/дакрон, он же ПЭТ.
>>Теперь можно возвращаться к обсуждению блокировки Телеграма.
Ceterum censeo Carthaginem Telegram esse delendam?
Есть замечательная книжка Чеслава Мархая "Теория плавания под парусами", где подробно и доходчиво эти и многие другие вопросы рассмотрены.
Спасибо за статью. Редко встретишь в статье про парус упоминание буера. в России, кстати, сейчас силами энтузиастов возрождается буерный спорт и даже новые лодки строятся. Что само по себе - чистый панк-рок, конечно. Проводятся гонки не только в классе «идеологического противника» (DN), но и в С8. До массовости «обычных» регат далеко, фойловые со своим маркетингом - тоже ну две головы выше. Ну и плюс бывают такие сезоны, когда тупо либо льда нет, либо он снегом завален ) буерной Меккой в России остаётся Питер и, конечно, Байкал.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Может ли парусная яхта идти быстрее ветра?