Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: le barche a vela

ciao a tutti, è la prima volta che scrivo in questo newsgroup.
Una curiosità:
come fa una barca a vela ad andare controvento?
Sia S la superficie della vela
sia p la pressione del vento supposto omogeneo ovunque. essa è il vettore
sia a l'angolo fra la direzione della vela e la direzione del vento.
sia F la forza complessiva captata dal vento, per mezzo della vela. Essa è
il vettore.
La forza  vale:
F= p*S* cos(a)
Ipotizziamo di volerci spostare da A verso B.
Ipotizziamo che A sia esattamente a sud di B.
ipotizziamo che il vento spiri da nord verso sud, cioè sia opposto alla
nostra rotta ideale.
Ebbene se noi scomponiamo la direzione del vettore pressione nella
componente che sia normale
alla vela, e parallela ad essa, ci accorgeremo che, comunque orientiamo la
vela (per ogni a), la
 forza del
vento non ha la componente verso nord, bensì verso sud. (in concomitanza di
una componente verso est o verso ovest).
Pertanto
Come è possibile allora che l'imbarcazione a vela possa viaggiare da A verso
B?
Sotto quali condizioni di vento, cioè per quali valori di a, è possibile
andare da B verso A ?
E perchè nella Coppa America le imbarcazioni vanno a zig zag?
Grazie

 come fa una barca a vela ad andare controvento?
Vista l'impossibilita' di fare disegni prova qui:
http://www.renatoc.it/Vela/Teoria/teoriavela.html
http://www.silsismi.unimi.it/SILSISMI/Indirizzi/Indirizzi_doc/Fis_Inform_matem/cucchiaino.pdf
Comunque con Google trovi un po' di tutto
Saluti
Mino Saccone

 E perchè nella Coppa America le imbarcazioni vanno a zig zag?
Per andare controvento ;-)
Funziona grosso modo così: quando stringi moto il vento (cioè quando
l'angolo tra lo scafo e la direzione del vento è molto piccolo) l'aria
che passa dietro alla vela e quella che passa davanti scorrono a
velocità diverse, creando una differenza di pressione in modo analogo a
cme avviene con le ali degli aerei (in effetti, la sagoma di una vela a
segno è molto simile a quella dell'ala di un aereo), differenza di
pressione che fa avanzare la barca. Se non ricordo male, viene detto
principio di Venturi.
In effetti non è il vento che spinge sulla vela, ma è la differenza di
pressione tra il davanti e il dietro della vela a farlo.
Se inizialmente mi muovo a un angolo A piccolo dal vento e
periodicamente faccio una virata, portandomi a un angolo A dalla parte
opposta rispetto alla direzone del vento avrò che in media mi sarò mosso
controvento, anche se i singoli pezzi della spezzata sono tutti a un
certo angolo A dalla direzione del vento.
Se mi riesce, ecco qui uno schemino in ascii art:
            \|
             |\
             | \ moto della barca
             |A \
             |  /  virata
             | /
             |/
            /|
           / |
          / A|
 virata   \  |
           \ |
            \|
             |
             \/  direzione del vento
Alla fine quello che ci interessa è che *in media* il moto della barca
sia controvento, e in questo modo abbiamo (faticosamente, perchè ci
vogliono molte virate) ottenuto il risultato voluto.
ciao
gerlos
-- 
"Solo lo scienziato è vero poeta: ci dà la luna, ci promette le stelle,
 ci farà un nuovo universo se sarà il caso."
   _                                  Allen Ginsberg
  (y)        < 
http://gerlos.altervista.org
 >
   =   gerlos  + - - >  gnu/linux registred user #311588
 Difenditi la tua libertà. Informati sul Trusted Computing.
		  < 
www.no1984.org
 >


Qui:
http://web.math.unifi.it/users/paolini/diletto/sail/sail.pdf
trovi una trattazione dell'argomento, e anche la risposta all'ultima
domanda...
Ciao.
Giorgio

come fa una barca a vela ad andare controvento?
In barca a vela non vai controvento, puoi andare al massimo in una
direzione che forma un certo angolo con la direzione di provenienza
del vento (andatura di bolina).  Se metti la prua al vento ("orzare"),
le vele sbatacchiano, la barca si ferma e il vento ti spinge indietro.
E' appunto per questo motivo che le andature delle barche a vela sono
a volte zigzaganti: se vuoi andare verso la direzione da cui proviene
il vento, devi fare delle tratte di bolina, ("bordi"), alternando la
tua prua a dritta e a sinistra rispetto alla direzione di provenienza
del vento (da cui la dizione "bordeggiare").
Se posso permettermi un suggerimento, se puoi salta su una barca a
vela (basta una piccola deriva) e prova, per me e' stata ed e' una
delle cose piu' divertenti e rilassanti della vita. Quanto ho provato
a spiegarti brevissimamente sopra ti apparira' molto piu' chiaro e,
con la pratica, istintivo come andare in bici o nuotare.
Ciao e buona navigazione.
Michele

 B?
Non so nulla di barche pero' mi sembra che dimentichi che prendendo una
velocita', diciamo verso est, in seguito all'effeto del vento sulle
vele, cambi anche la direzione relativa con cui il vento spira sulle
vele stesse e in effetti una componente verso nord diventa possibile
una volta che la barca e' in moto in una direzione trasversa al nord.
Le barche zigzagano dunque perche' per procedere contro vento (di
bolina?) devono avere una componente di velocita' trasversa e quindi
per non allontanarsi dall'obiettivo invertono ogni tanto la direzione
(quella trasversa).
Non so se funziona davvero cosi', questa e' solo una descrizione
qualitativa che mi sono dato leggendo la tua domanda.
saluti.

 E perchè nella Coppa America le imbarcazioni vanno a zig zag?
Questa è la soluzione al problema, siccome non è possibile andare 
controvento se poni la prua della barca in modo che generi un angolo con 
la direzione del vento, esisterà un angolo (a) della vela la cui 
componente parallela alla prua della barca della reazione dell'effetto 
Venturi non è nulla.
L'andatura di "bolina" (cioè inclinata) rispetto al vento ti porta però 
lontano dal tuo punto di arrivo (che era A e che si trovava proprio 
controvento rispetto alla partenza in B), per cui è necessario di tanto 
in tanto cambiare bordo, cioè far virare la barca in modo che la 
direzione da cui proviene il vento sia sul lato apposto da cui proveniva 
prima. In questo modo si recupera lo spazio percorso inutilmente in 
direzione ortogonale rispetto al segmento AB.
Ciao

mai sentito parlare dell'effetto venturi?
vai a questo link su wikipedia:
http://it.wikipedia.org/wiki/Bolina
saluti 

 
http://it.wikipedia.org/wiki/Bolina
Vedo che siete stati tutti unanimi ... e anche i siti che citate danno
la stessa spiegazione.
Bene: *e' sbagliata*.
Tra l'altro, qualcuno dei siti dice delle grosse castronerie.
Non me le sono segnate, ma a emoria ricordo qualcosa come: "il teorema
di Bernoulli dice che la pressione e' inversamente proporzionale alla
velocita'".
Un modo per vedere facilmente che la spiegazione non regge, sta proprio
nell'esperimento del cucchuaio, suggerito da uno di quei siti.
Fate la prova: e' vero che il cucchiaio e' attratto verso l'acqua, ma
e' anche vero che l'acqua viene deviata verso il lato dove sta il
cucchiaio.
Ed e' questa la causa: dato che l'acqua viene deviata, vuol dire che
sull'acqua agisce una forza da parte del cucchiaio; per reazione
(terzo principio) l'acqua applica una forza al cucchiaio.
Ci si deve chiedere perche' l'acqua viene deviata: la spiegazione non
e' ovvia, ma e' legata al fatto che il cucchiaio frena l'acqua vicina
alla sua superficie (viscosita'). Questo si chiama "effetto Coanda".
E questo e' il punto di partenza.
La stessa cosa succede con una vela: cio' che conta e' che l'aria che
arriva in una certa direzione viene deviata dalla presenza della
vela, e tutto va come con l'acqua e il cucchiaio.
Invece la dissimmetria del profilo non c'entra, come non c'entra nel
caso degli aerei. Altrimenti come spiegate la possibilita' del volo
rovesciato?
In uno di quei siti ho trovato un tentativo di applicazione del
teorema di Bernoulli (che e' la base teorica dell'effetto Venturi,
quando questo esiste realmente, non in questo caso).
Il ragionamento va piu' o meno cosi': l'aria che passa sopra l'ala
*deve* avere maggiore velocita', perche' *deve* raggiungere il bordo
d'uscita allo stesso tempo di quella che passa sotto.
Maggiore velocita' significa minore pressione, ecc.
Obiezione: gliel'ha prescritto il medico di arrivare insieme?
Non esiste in realta' nessuna ragione fisica per questo, e infatti *non
accade*.
E' proprio a causa della discontinuita' che si produce al bordo
d'uscita, che nasce una scia vorticosa.
Tanto meno si capisce questo ragionamento del tempo applicato alla
vela...
 
-- 
Elio Fabri

 accade*.
Altra domanda che mi sono sempre posto nel sentire quella spiegazione
L'effetto Coanda da te citato mi ha incuriosito, e ho cercato un po' in
rete: la cosa mi preoccupa sempre un po', perchè non sempre una cosa è vera
solo perchè la trovo su un sito web. Volendo si trova anche la
dimostrazione del fatto che la terra è piatta.
Una cosa non ho capito , ma stai dicendo che la spiegazione del fenomeno
della portanza alare è esclusivamente l'effetto Coanda?
Ho trovato un sito 
http://utenti.quipo.it/volare/
 dove si spiegano varie
cose. Non è un testo di fisica, è più calato nell'ottica del pilota.
Però vi trovo scritto in
(
http://utenti.quipo.it/volare/spins.htm#sec-coanda-fallacy
)
che questo non è assolutamente vero. Tra le varie motivazioni, quella che
l'effetto Coanda non spiega la portanza di un profilo piano.
Tra le altre cose, viene anche qui sfatato quel "mito" sulle particelle che
si dividono e "devono" tornare ad unirisi nello stesso istante, anzi fa
vedere che è proprio il contrario
(
http://utenti.quipo.it/volare/airfoils.htm
), la qual cosa dovrebbe far a
questo punto far deporre a favore dell'affidabilità di questa trattazione.
Mi chiedo a questo punto perchè questo "mito" sia così diffuso, e
utilizzato come spiegazione anche in testi didattici. Pensavo che nel 2006
ci potesse essere più chiarezza su un fenomeno come quello della portanza.
Meno male che l'aereo non sa queste cose e vola ugualmente :-)


http://www.aa.washington.edu/faculty/eberhardt/lift.htm
Vabbč... torno nell'ombra.
Jordan

 Meno male che l'aereo non sa queste cose e vola ugualmente :-)
La nascita del mito delle particelle che si danno appuntamento al bordo 
di uscita e` forse legata alle prime cose che vengono spiegate 
all'inizio dei corsi di aerodinamica.
Per studiare la portanza si comincia con un cilindro di lunghezza 
infinita investito da un flusso d'aria non viscosa perpendicolare al suo 
asse. In questo caso non si ha portanza e i punti di separazione e di 
reincontro dell'aria sono diametralmente opposti: i due cammini hanno la 
stessa lunghezza e sono percorsi nello stesso tempo.
Poi si introduce una circolazione dell'aria intorno al cilindro e a 
questo punto si vede che nasce una portanza, i punti in cui l'aria si 
separa e si riunisce non sono piu` diametralmente opposti, e *in questo 
caso* il tempo di percorrenza delle due strade e` uguale, pur essendo le 
due lunghezze diverse.
Quando si passa poi all'ala vera, ad esempio con una trasformazione 
della sezione del cilindro, questa proprieta` viene persa. Per qualche 
sconosciuto motivo pero` questa spiegazione e` passata anche quando non 
vale, ed e` stata trasmessa da un libro di aerodinamica per piloti ad un 
altro, perpetuando l'errore.
Sui testi seri di aerodinamica non c'e` nulla del genere, e anche su 
alcuni testi per piloti la cosa e` chiarita bene, ma sfortunatamente 
sono proprio pochi (mi pare che su "aerodynamics for naval aviators" sia 
spiegata bene). Anche la FAA in un suo manuale era incorsa in uno 
svarione del genere (e non era il solo presente).
-- 
Franco
Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)

 accade*.
'azz.
per anni ho letto quella spiegazione (che ora tu confermi sbagliata)
del volo, e mi chiedevo anche io se glielo avesse prescritto il medico,
di arrivare insieme,
all'aria sui due lati dell'ala :-)
questo newsgroup vale i soldi dell'abbonamento :-)

 questo newsgroup vale i soldi dell'abbonamento :-)
Beh allora vale poco, visto che e' gratis :-))
Parlando seriamente, sulla questione dei "tempi uguali" mi sento
tranquillo, ma piu' in generale sul fenomeno della portanza non lo sono
affatto.
A dirla schietta, non mi sento di dire che ho capito il problema.
Leggo troppe cose o poco spiegate o anche contrastanti :-<
Come fisico mi sembrerebe ovvio poter ricondurre il fenomeno a leggi
generali che conosco, ma non pare che sia affatto semplice.
Va detto che ormai da un secolo o giu' di li' i fisici hanno lasciato
il campo della dinamica dei fluidi agli ingegneri. Raileigh o Stokes
erano fisici, ma gli altri grandi nomi del campo che mi vengono in
mente non lo erano piu', credo.
Con questo non voglio dire che non si sappia come funzionano le ali:
dopo tutto gli aerei volano, e se qualche volta cascano non e' certo
per errori di progetto delle ali...
Pero' io per "capire" intendo una cosa diversa, e per ora non ci sono
arrivato.
Dovro' mettermi a studiare aerodinamica?
Oppure rinunciare a parlarne?
Sigh...
 
-- 
Elio Fabri