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 43
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)_/¯
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?