IL VENTO SULLA BARCA A VELA

1. IL VENTO SULLA BARCA A VELA

2. Un’imbarcazione a vela può essere pensata come un sistema immerso in due fluidi, aria e acqua, che si muovono rispetto alla terraferma: l’aria genera il vento e l’acqua genera la corrente. Immaginiamo di avere una vela priva di scafo, essa “galleggerebbe” e si muoverebbe insieme all’aria, trascinata dal vento. Viceversa uno scafo privo di vela, motore o remi, si muoverebbe insieme all’acqua per effetto della corrente e andrebbe alla deriva.

3. MA COSA SUCCEDE SE ATTACCHIAMO LA VELA ALLO SCAFO? Per fortuna, vento e corrente hanno diversa intensità e diversa direzione. In questo caso il vento, spingendosi sulla vela, trascina anche lo scafo che acquista una velocità rispetto al mare e viene investito da un flusso d’acqua. D’altra parte, anche la vela, trascinata a sua volta dallo scafo, si muove rispetto all’aria e si gonfia perchè è investito da un flusso d’aria.

4. Fa • SU UNA BARCA FERMA BEN ORMEGGIATA AL PONTILE: la vela è sollecitata da una forza aerodinamica determinata dall'azione del vento, mentre l'opera viva non viene colpita dal flusso dell'acqua perché la barca è ferma e non c'è corrente. • MOLLIAMO GLI ORMEGGI: la barca comincia a muoversi e ad acquistare quindi una certa velocità nella stessa direzione della forza aerodinamica. Un flusso d'acqua, avente direzione opposta, inizia a colpire l'opera viva, dando origine a una piccola forza idrodinamica. Fi Forza aerodinamica Forza idrodinamica

5. Questa forza, dovuta al flusso dell'acqua deviato dall'opera viva, va a sommarsi a quella del vento sulla vela. Il moto della barca non avviene più in direzione della forza aerodinamica ma in quella della risultante, scaturito dalla somma vettoriale della forza del vento sulla vela e di quella dell'acqua sull'opera viva. Forza aerodinamica Forza idrodinamica

6. La forza idrodinamica inoltre aumenta sempre più in relazione alla maggior velocità della barca e progressivamente la sua direzione si sposta verso poppa. Così facendo anche la direzione del risultante, e quindi del moto della barca, si sposta sempre più verso prua. La barca smette di accelerare, ma non di navigare, quando le due forze, aerodinamica e idrodinamica, diventano uguali ed opposte, ovvero quando ha raggiunto la sua velocità di regime.

7. Quindi per poter navigare è necessario che i fluidi abbiano una velocità differente e siano in moto relativo uno all’altro. Solo in questo caso sulle vele e sulla chiglia si stabiliscono le forze necessarie alla barca per potersi muovere sull’acqua e nell’aria. Chiameremo forza aerodinamica quella sulle vele e forza idrodinamica quella che agisce sullo scafo.

8. I Tre Tipi di Vento Su una barca a vela in movimento il vento che viene formato risente del movimento stesso della barca. Ci sono tre tipi di vento: il vento REALE, APPARENTE, e di VELOCITA’. Il vento reale corrisponde ad una massa di aria che si sposta rispetto alla terraferma e al mare. Il vento di velocità viene percepito da un oggetto in movimento ed è uguale ed opposto alla velocità dell'oggetto (e quindi in questo caso della barca). La somma tra i vettori vento reale e vento di velocità genera il vento apparente. Il vento apparente è quello che effettivamente colpisce le vele e permette il movimento. Quando una barca risale il vento di bolina stretta, l’intensità del vento apparente è molto più alta del vento reale; quando si va in favore di vento, la velocità del vento apparente è, in genere, minore del vento reale in quanto il vento di velocità è opposto al vento reale, quindi in questo caso la velocità del vento apparente è ridotta. Vettori

9. Le forze, i vettori, le accelerazioni • Erroneamente molti associano la presenza di una forza al movimento del corpo su cui agisce e quindi alla sua velocità. In realtà questo è un concetto sbagliato, la forza è responsabile non della velocità di un corpo, ma di un cambiamento della sua velocità. Infatti noi imprimiamo forza quando premiamo il pedale dell’acceleratore o dei freni della nostra automobile, cioè aumentiamo o riduciamo la sua velocità. • L’esperienza ci dice che la risposta del corpo alla sollecitazione esterna dipende dalla sua massa; a parità di forza, più grande è la massa e più piccola è l’accelerazione. Tutto ciò si traduce nella legge fondamentale della dinamica o legge di Newton, dove l’accelerazione è la variazione che la velocità acquisita nel tempo: Forza uguale a massa x accelerazione F = ma

10. A velocità costante, non c’è accelerazione e quindi non c’è forza. Quindi come può una barca a vela, che sente la forza del vento e dell’acqua, viaggiare a velocità costante? Infatti non è detto che un corpo che non sente alcuna accelerazione non sia soggetto ad alcuna forza. Per esempio: immaginiamo il gioco del tiro alla fune, Paolo all’estremo destro della corda, tira con una forza F e Giorgio, dalla parte opposta tira con la stessa forza; è evidente che la fune non si muove perché, pur essendo applicate due forze, la sollecitazione totale sulla fune è nulla. Perciò si deduce che l’effetto di una o più forze dipende oltre che dalla loro intensità, anche dalla direzione e dal verso in cui esse sono applicate. La forza è un vettore , formato da: direzione, verso e intensità.

11. Per esempio, supponiamo di trovarci su un’ autostrada e di dover comunicare dove siamo: se diciamo che ci troviamo al chilometro 38 la comunicazione è parziale, infatti tiene conto solo della posizione, per essere più precisi dovremo dire che viaggiamo sull’autostrada Roma-Milano (direzione), verso Milano (verso).

12. La posizione è un vettore,come lo è la velocità. I vettori si possono anche sommare, tra loro. Per esempio: dati i vettori forza Fa e Fb, che agiscono su un corpo, la forza totale F=Fa+Fb, chiamata anche risultante, è data dalla diagonale maggiore del parallelogramma che ha per lati Fa e Fb. La risultante rappresenta la forza che da sola produce gli effetti provocati da tutte le forze agenti: se spingiamo un oggetto nella direzione di Fa e Fb, questo si muoverà come se fosse spinto da F.

13. La figura B mostra che se Fa e Fb hanno uguale intensità e stessa direzione, ma verso opposto, la risultante è nulla e il corpo non sente nessuna accelerazione.

14. Le velocità sono sempre relative • La velocità di un oggetto (dell’aria, dell’acqua ) è sempre misurata rispetto ad un osservatore (è relativa ad un riferimento). • Lo stesso oggetto (l’aria, l’acqua) ha velocità diverse rispetto ad osservatori diversi. • Le velocità si sommano e sottraggono come “vettori”.

15. Di: Cosimo Carmagnini Sara Degl’ Innocenti Giada Cambini Caterina Cafissi