Trascinamento e portanza
Nelle andature a favore di vento la spinta è dovuta alla forza di trascinamento e tali andature si dicono portanti. Nelle andature contro vento la spinta è dovuta alla portanza.
Trascinamento
Un corpo immerso in un fluido che si muove a velocità diversa dalla velocità del corpo è soggetto a una forza – detta forza di trascinamento o forza di resistenza aerodinamica – dovuta alla viscosità del fluido.
La forza di trascinamento dipende dalla differenza di velocità tra il corpo e il fluido.Se le due velocità sono uguali, la forza di trascinamento è nulla.Se le due velocità sono diverse la forza ha verso tale da tendere ad avvicinare le due velocità.
- Nell’andatura con vento in poppa, le vele sono “trascinate” dal vento.
- Le vele sono soggette alla forza di trascinamento o forza di resistenza aerodinamica.
- La forza è nulla se le vele hanno la stessa velocità dell’aria.
- La barca non può viaggiare con velocità superiore alla velocità del vento.
- Se la barca si muovesse a velocità superiore alla velocità dell’aria, la resistenza aerodinamica sarebbe diretta indietro e rallenterebbe la barca.
- Vele “a palloncino”, di grande area, chiamate “spinnaker” aumentano la forza di trascinamento e dunque la velocità della barca.
Portanza
Per sperimentare facilmente l’effetto della portanza basta mettere una mano tesa fuori dal finestrino di un’auto in movimento.
- Se la mano è orizzontale si sente soltanto la forza di trascinamento diretta verso dietro.
- Se si inclina la mano si sente anche una seconda forza diretta verso l’alto o verso il basso (portanza).
In prossimità della vela – sia internamente, sia esternamente – supponiamo che l’aria si muova parallelamente alla superficie.
- Le particelle di aria si muovono perciò di moto circolare.
- Ogni particella in moto circolare possiede un’accelerazione centripeta, diretta verso il centro di curvatura, anche se il moto è uniforme.
- Se le particelle di aria accelerano, evidentemente – per il II principio della dinamica – a esse è applicata una forza che determina l’accelerazione.
- La forza è proporzionale all’accelerazione e ha la stessa direzione e lo stesso verso.
- La forza sulle particelle di aria non può che essere esercitata dalla vela.
- Ne concludiamo che la vela esercita sull’aria una forza centripeta.
- Per il III principio della dinamica (“principio di azione e reazione”),se la vela esercita sull’aria una forza centripeta allora l’aria esercita sulla vela una forza centrifuga (portanza).
- Nella realtà le cose sono un po’ più complicate (il flusso dell’aria non è laminare, ci sono vortici le vele o le ali hanno profili diversi) ma la sostanza non cambia.
La portanza è fondamentale per far navigare la barca di bolina e man mano che poggiamo interagisce con l’effetto spinta del vento sulle vele fino ad arrivare in poppa piena dove non c’è più portanza ma solo spinta (a meno che non aggiungiamo vele supplementari come lo spinnaker).