LA FISICA IN BARCA A
VELA
Indice
Nomenclatura e nodi
Cati, Gianotti, Gori, Pippi
Manovre, andature , precedenze
De Salvo, Masi, Scipioni, Stefanoni
Equilibrio e galleggiamento
Amerighi, Guazzini, Pacini, Scarselli, Xie
Il vento sulle vele
Cafissi, Cambini, Carmagnini, Degl’Innocenti
Portanza e resistenza
Falconi, Guernieri, Tempesti, Turano
Nomenclatura e
nodi
La barca a vela è un tipo di imbarcazione la cui propulsione è affidata
principalmente al vento.
Il vero motore di questa imbarcazione è la vela, che trasforma la forza del
vento in spinta sullo scafo.
Ogni vela ha il proprio centro di pressione; ogni imbarcazione ha il proprio
centro velico (CV), che è il punto di applicazione della forza risultante di
tutte le forze del vento che agiscono su ogni vela. Il Centro velico non ha
una posizione fissa, ma si sposta a seconda delle manovre: dalla sua
posizione dipendono l’equilibrio e la stabilità dell’imbarcazione. Le barche
a vela possono essere monoscafo o multiscafo: se a due scafi sono dette
catamarani, se a tre trimarani.
Le barche a vela si possono distinguere in:
- derive, piccole barche da diporto tra i 2 ed i 6 metri, non abitabili e senza
motore. Queste Si dividono in derive da regata o diporto e derive da
passeggiata nautica.
- barche a chiglia, dotate di una chiglia appesantita, attrezzate per un
viaggio ed una permanenza più lunghi.
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Prua: parte anteriore della barca.
Poppa: parte posteriore della barca.
Scafo: si suddivide in prua e poppa.
Coperta: parte calpestabile della barca.
Timone: strumento grazie al quale la barca può girare a destra e a sinistra.
Deriva: protuberanza fissa o mobile, che impedisce che la barca si muova trasversalmente.
Randa: vela principale.
Fiocco: vela secondaria situata in prua.
Albero: lungo tubo di legno che si sviluppa verticalmente, vi sono agganciate le vele e vi è
collegato il Boma.
Boma: parte mobile che permette il cambio di mure, a cui sono agganciate la randa e l’albero.
Mure: lato dal quale una barca a vela riceve il vento.
Balumina: lato opposto a quello inferitura.
Inferitura: lato della vela che va dall’angolo di penna all’angolo di mura.
Sartia: cavi fissi disposti lateralmente verso poppa usati come risposta all’albero.
ALBERO
FIOCCO
RANDA
VANG
BOMA
POPPA
PRUA
DERIVA
TIMONE
Il nodo consiste in uno o più avvolgimenti e ripiegature successive di una spira
di corda sulla corda stessa o intorno ad un'altra corda o ad un oggetto.
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I nodi sono stati storicamente suddivisi in categorie in base principalmente a
due parametri: le loro caratteristiche meccaniche peculiari e la loro adattabilità
ad un determinato uso. Le categorie principali nelle quali avviene la
suddivisione sono:
nodi di arresto: utilizzati per arrestarne la corsa ed impedirne la fuoriuscita
dalla sua sede;
nodi di giunzione: eseguiti in contemporanea su due corde servono a
congiungerle temporaneamente;
nodi di avvolgimento: servono ad assicurare una corda ad un oggetto o ad una
corda precedentemente tesa e sono eseguiti avvolgendo la corda direttamente
sull'oggetto.
nodi autobloccanti: Sono nodi che vengono utilizzati per collegare due corde, in
modo che una scorra sull'altra e che possa frenarsi o rallentarsi se sottoposta ad
un carico.
nodi di accorciamento: hanno la funzione di accorciare una corda lunga, anche
di svariati metri, con l'evidente vantaggio di non doverla tagliare.
Il nodo piano è uno dei più
comuni e semplici nodi di
giunzione. È usato generalmente
per unire due corde di uguali
dimensioni.
Il nodo savoia (o nodo a otto, nodo
d'arresto, nodo d'amore, o
semplicemente savoia) appartiene alla
categoria dei nodi d'arresto. Questo tipo
di nodo può essere eseguito su qualsiasi
tipo di corda, anche se può presentare
qualche problema con le cime elastiche
in caso di cicli di carico e scarico a bassa
tensione. Sicuramente è il più famoso
nodo d'arresto, grazie soprattutto al
pregio di non stringersi eccessivamente e
di non usurare o indebolire il cavo.
La gassa d'amante (o nodo di Bulin, nodo
bolina, nodo bulino, cappio del bombardiere, o
semplicemente gassa) Questo tipo di nodo può
essere eseguito su qualsiasi tipo di corda ma può
presentare qualche problema con le cime
elastiche in caso di cicli di carico e scarico a
bassa tensione. Il pregio principale di questo
nodo è che anche se molto sicuro, può essere
sciolta facilmente, anche quando la corda è
bagnata. Può essere velocemente eseguito anche
solamente con una mano, e, quindi in condizioni
d'emergenza e di maggior difficoltà. La gassa
d'amante, come gli altri nodi ad occhiello, può
essere fatto per essere successivamente passato
sopra un oggetto come una bitta. Ma
diversamente da molti altri nodi ad occhiello, la
gassa permette che il corrente passi attraverso un
anello prima che il nodo sia legato.
Questo nodo deve il suo nome al fatto di essere stato
inventato da un inglese. Il nodo Inglese (o nodo d'acqua e/o
nodo del pescatore) e un nodo di giunzione che viene
solitamente eseguito su lenze, spaghi e cavi di piccolo
diametro. Difficilmente trova impiego nella nautica, in quanto
l'esecuzione su cavi di grosso e medio diametro renderebbe il
nodo meno resistente del cavo e quindi non utilizzabile. Il
Nodo Inglese consiste in due nodi semplici intrecciati che
fanno forza l'uno su l'altro.
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Assuccare: Stringere un nodo ( mettere in tensione una manovra o un cavo in bando)
Bozzello: è sinonimo di carrucola. Il bozzello semplice serve per modificare la direzione
con cui si muovono i cavi. I bozzelli multipli, invece, uniti ad altri bozzelli formano i
paranchi.
Paranchi: sistemi di funi che richiedono una minor applicazione di forza per vincere
alcune resistenze.
Cavo: Corda o fune.
Cima: Fune di media lunghezza.
Collo: un giro completo di un cavo attorno ad un oggetto.
Commettitura: operazione di torsione dei legnuoli che uniti formano un cavo.
Doppino: ripiegamento di un cavo su se stesso.
Gomena: Cavo con un lungo diametro.
Impiombatura: Unione di due cavi ottenuta intrecciando i legnuoli.
Impalmatura: legatura effettuata grazie ad uno spago messo all'estremità dei cavi
affinchè non si sciolgano.
Intugliatura: unione di due cavi grazie a nodi di giunzione.
Legnuolo: Due o più filati uniti per torcitura (dall'unione di questi si ottiene un cavo)
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La rosa dei venti è la rappresentazione schematica dei punti
cardinali: nord, sud, est ed ovest e delle direzioni da questi
determinate.
La rosa dei venti più semplice è quella a 4 punte formata dai soli
quattro punti cardinali:
Nord (N 0°) anche detto settentrione o mezzanotte.
Est (E 90°) anche detto oriente o levante.
Sud (S 180°) anche detto meridione.
Ovest (W 270°) anche detto occidente o ponente.
Tra i quattro punti cardinali principali si possono fissare 4 punti
intermedi
Realizzato da…
Silvia Gianotti
Laura Gori
Viola Pippi
Margherita Cati
indice
Le principali manovre in una barca a vela
sono:
Orzata
Virata
Poggiata
Strambata
indice
Modifica di rotta verso il vento.
Avvicinare la prua alla direzione del vento
L’orzata si ha quando dall’andatura in poppa si passa
all’andatura di Gran Lasco per poi arrivare alla bolina.
Si porta la prua della barca verso la direzione del vento,
spingendo la barra del timone sottovento verso le vele.
Per mantenere la velocità della barca è necessario che dopo
l’azione del timone le vele siano cazzate.
Durante l’orzata è possibile cambiare la posizione del centro
velico, oltre che col timone e con l’azione delle vele, con lo
spostamento dell’equipaggio.
Per sempre me ne andrò per questi lidi,
Tra la sabbia e la schiuma del mare.
L'alta marea cancellerà le mie impronte,
E il vento disperderà la schiuma.
Ma il mare e la spiaggia dureranno
In eterno.
(Kahlil Gibran, 1926)
Manovre
E’ la manovra di cambio di direzione che si effettua
portando la prua in direzione del vento, stringendo
l'angolo di bolinavento sul bordo opposto e conseguente
cambio delle mure delle vele con orientamento al nuovo
angolo di provenienza del vento.
Siamo in andatura di bolina ad esempio con mure a sinistra



Portiamo la barra del timone sottovento: la prua
comincia ad avvicinarsi alla direzione del vento.
Laschiamo il fiocco e poi leggermente la randa.
La barca si trova ora controvento e le vele sbattono.
Continuiamo a tenere la barra sottovento…;
Siamo di bolina con le mure contrarie e rimettiamo la
barra del timone al centro per non poggiare: cazziamo le
I principali errori della virata possono essere:
 Non aver dato alla barca una velocità sufficiente all’inizio
della virata;
 Fiocco mollato troppo presto;
 Azione insufficiente del timone;
 Manovre eseguite troppo bruscamente in relazione alla
velocità e alla forza del vento;
Gli occhi fissati in quel lembo di luna rilucente a fili d'acqua portano la mente
a ricordare. Antichi ma vivi sono i palpiti d'amore la voce si fa lieve
nel rimembrare un grido sulla pelle ricama nuove emozioni. Trame tessute
su corpi nudi avvolti in lenzuola di sabbia inventano l'alba di un nuovo
giorno. Onde impazzite nel mare inseguendosi cancellano ciò che la mente
non riesce a fare.
Manovre
Modifica della rotta per allontanarsi dalla direzione del
vento fino a quando inizia l’abbattuta.
Per eseguire una poggiata l’equipaggio non deve occuparsi
solo del timone ma anche delle scotte filando quella della
randa in maggior misura e prima di quella del fiocco.
In una poggiata la randa troppo cazzata fa sbandare la
barca con il rischio di rovesciarla,e obbliga il timoniere ad
un forte sforzo sul timone, quindi si deve lascare le vele.
La vela che porta alla poggiata è il fiocco.
Nella poggiata è determinante l’azione dell’equipaggio dato
che per eliminare l’azione frenante del timone
l’equipaggio deve occuparsi del centro velico.
Silenziosa e leggera ti fai sospingere dalla leggera
brezza della sera. Solchi i mari sembri quasi
trasparente sospesa sull'acqua. Solo un leggero fruscio
accompagna il tuo viaggio nella calma del tramonto.
Sei come la mia vita persa nel mare della mia
solitudine.
Manovre
Abbattuta o
Strambata
Una barca inizia l'abbattuta dal momento in cui,
col vento in poppa, la base della sua randa taglia
la linea mediana dell’imbarcazione, e termina
l'abbattuta quando la randa si è riempita sull'altro
bordo.
W
Siamo in andatura di poppa ad
esempio con mure a sinistra (fig.1).
 Portiamo la barra del timone
sopravento: la prua comincia ad
allontanarsi dalla direzione del vento.
 Portiamo la randa in centro barca (fig.2)
e facciamola passare alla parte
opposta. Teniamo ancora un po’ la
barra sopravento.
 La barca si trova ora in poppa mure a
dritta (fig.3) e le vele sono lascate.
Portiamo subito la barra in centro per
non cominciare a orzare.
1
2
3
Il mare gioca con gli scogli e li accarezza
dolcemente
oppure si abbatte su di loro con forza e li
plasma a suo volere …
Manovre
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La barca che utilizza le vele come mezzo di locomozione
ha la precedenza sulle barche a motore.
La barca a vela e le barche a motore devono dare sempre
precedenze a tutte le imbarcazioni a lavoro.
Tra barche a vela ha la precedenza quella con le mure a
dritta.
Tra barche a vela con le stesse mura ha sempre la
precedenza quella che si trova sottovento.
Dolci silenzi mi accompagnano mentre lo sguardo del mare
arricchisce il cuore, libera la mente. Parole incise in un diario
fanno da eco fra le onde, sembrano perdersi oltre le nuvole là
dove l'orizzonte apre all'infinito. Il vento modula suoni con
la luce non spegne il suo soffio, tarda a morire, si confonde in
volo con ali di gabbiani. Sotto la pelle ambrata caldo scorre il
sangue pulsa nelle vene e tutto si fa memoria.
Lara Stefanoni
Giulia Di Salvo
indice
Le andature
Simone Masi
Lisa Scipioni
Sempre il mare, uomo libero, amerai! Perché il mare
è il tuo specchio; tu contempli nell’infinito svolgersi
dell’onda l’anima tua, e un abisso è il tuo spirito non
meno amaro.
Charles Baudelaire
 Si
definiscono andature i diversi modi di
avanzare che un'imbarcazione a vela
assume rispetto alla direzione del vento.
Le andature che una barca può tenere sono:
Andature contro il vento:
• La bolina è un'andatura che
consente alla barca a vela di
risalire il vento mantenendo
un angolo con il vento reale
mediamente tra i 60° e i 37°.
Questo angolo è variabile a
seconda del tipo di
imbarcazione e al tipo di
invelatura che essa supporta.
La bolina si distingue, quindi
in:
• bolina stretta (40 - 45 gradi
al vento reale)
• bolina larga (45 - 55 gradi al
vento reale )
Bolina: la freccia azzurra indica la
spinta laterale generata dalla
depressione sul lato sottovento
della vela; tale spinta può essere
scomposta in due vettori, quello
nero, che viene annullato dalla
resistenza uguale e contraria
generata dalla deriva immersa
nell'acqua, e quello blu, che è la
risultante spinta all'avanzamento
della barca a vela
Andatura al traverso:
1.
Il traverso è un tipo di
andatura caratterizzata dal
fatto che il vento ha una
direzione perpendicolare a
quella della barca (90°).
Vedi barca rossa a fianco
Andature portanti:
1.
Il lasco è un’andatura
intermedia tra il traverso e la
poppa caratterizzato dal
fatto che il vento soffia di
lato all’imbarcazione (100°130° ).
2.
Il gran lasco (o di buon
braccio) per il vento che
proviene una quarta fino a
due quarte * (150°).
* La direzione del vento
viene indicata
convenzionalmente in
quarte, che forniscono
un'indicazione
immediatamente
comprensibile al conduttore
della barca e ai marinai delle
regolazioni da effettuare
sulle vele.
Andature in poppa:
1. al giardinetto per il vento
proveniente tra le due e le
quattro quarte da poppa.
2. in poppa detto anche in fil
di ruota, per il vento
parallelo al piano
longitudinale
dell'imbarcazione. In questa
andatura l'imbarcazione
procede nella stessa (o
quasi) direzione del vento.
Quest‘ andatura è
estremamente pericolosa in
quanto un rapido cambio
della direzione del vento può
far strambare senza
preavviso.
Mure a dritta e mure a sinistra
1.
2.
Mure a dritta: quando il
vento soffia dal lato destro e
le vele si trovano quindi a
sinistra dell'asse longitudinale
della barca
Mure a sinistra: quando il
vento soffia dal lato sinistro
e le vele si trovano quindi a
destra dell'asse longitudinale
della barca
indice
Equilibrio e
Galleggiamento
Isabella Scarselli
Francesca Xie
Martina Pacini
Linda Guazzini
Elisa Amerighi
La resistenza dello scafo
Ci sono diversi strati d’acqua che influiscono sull’avanzamento
dello scafo: il primo strato aderisce alla parte inferiore della
barca, il secondo strato più esterno allo scafo comincia a
scorrere sul primo. Il terzo strato scorre più velocemente sul
secondo. Il quarto scorre ancora meglio sul terzo fino a che
l’ultimo strato riesce finalmente a staccarsi dall’acqua
circostante. Il flusso laminare è formato da questi strati che
scivolano l’uno sull’altro.
Quando la velocità dello scafo aumenta, il movimento laminare di
questi strati diventa sempre più turbolento.
Per far scivolare meglio la barca sull’acqua, si cerca di ridurre
la parte immersa dello scafo.
Quando la velocità è bassa, lo scafo viene
maggiormente influenzato dalla forza d’attrito.
A mano a mano che si aumenta la velocità
entra in gioco una nuova resistenza dovuta alle
onde formatesi dallo sforzo dello scafo per
aprirsi la strada nell’acqua.
Quando è sotto l’azione del vento, la barca a
vela tende a scarrocciare di traverso cioè a
spostarsi lateralmente.
Quando la barca aumenta di velocità, le onde
trasversali sono più lunghe e più alte e quando
lo scafo ha la sua massima velocità, viene
sostenuto da una sola onda che ha una cresta
sotto la poppa e l’altra sotto la prua. L’opera
viva è la parte dello scafo sotto l’acqua che
influisce sul galleggiamento. L’opera morta è
la parte fuori dall’acqua. Se uno scafo è
ulteriormente immerso, la spinta che lo
riporta in superficie è in relazione al volume
dell’opera viva più quello dell’opera morta.
Stabilità dello scafo
La stabilità è un elemento importante di sicurezza ed è la capacità di opporsi al
capovolgimento, provocato dal vento e dal moto ondoso. Si ha stabilità di forma quando
gli scafi sono pieni e con una forma arrotondata e stabilità di peso grazie alle zavorre
(pesi che servono per impedire il ribaltamento) poste nella chiglia. In entrambi i casi la
stabilità dipende dalla posizione di due importanti punti dell’imbarcazione: il centro di
gravità e il centro di spinta.
• Il centro di gravità è il punto di applicazione della risultante dei vari pesi che
compongono il carico.
• Il centro di spinta punto d’applicazione della risultante di tutte le forze che la spinta
dell’acqua esercita sullo scafo. (Spinta di Archimede)
Il peso agisce sul centro di gravità (G) e la spinta di Archimede passa per il centro di
carena o di spinta (C).
Se un’onda sposta lo scafo di un certo angolo varia la
forma della parte di scafo immersa, il Centro di Carena
C si sposterà in C’ e ci sarà una nuova spinta verticale
S applicata a C’; dall’azione della forza di peso P
(sempre rivolta verso il basso) e di quella di spinta S
(sempre rivolta verso l’alto) nasce la coppia raddrizzante
(o momento di stabilità) che tende a far ruotare lo
scafo e a riportarlo nella sua posizione dritta. Le due
forze (P ed S) uguali e contrarie agiscono finchè
C e G non sono tornati in una posizione di equilibrio,cioè sulla stessa verticale.
Il metacentro è il punto d’intersezione tra il piano
di simmetria e la nuova spinta S innalzata dal
centro di carena spostato C’.
L’ altezza metacentrica è la distanza tra il
metacentro e il baricentro. Più grande è l’ altezza
metacentrica, più grande sarà la coppia raddrizzante X
e quindi l’imbarcazione sarà più stabile.
La stabilità si ha quando il metacentro è al di sopra del baricentro. Se M cade sotto
G la tendenza della coppia di forze si inverte e lo scafo inizia a capovolgersi.
La stabilità di peso: G si trova al di sotto di C,
per il peso della chiglia zavorrata. La barca è
più stabile perché il baricentro si abbassa
molto. La distanza tra la retta d’azione della
spinta d’ Archimede e la retta d’ azione del
peso aumenta, generando così un momento
raddrizzante maggiore che tende a rendere più
stabile la chiglia.
La stabilità di forma G si trova
al di sopra di C. In una chiglia
larga anche piccoli sbandamenti
provocano un allargamento della
distanza tra la retta d’azione
della spinta di Archimede e quella
del peso. Quindi si genera un
maggiore equilibrio.
La spinta di Archimede
Se un corpo solido viene immerso in un liquido riceve una spinta dal basso verso
l’ alto applicata al centro di carena C pari al peso P (applicato al Centro di
gravita G) del volume d’acqua spostato. Questa spinta si chiama spinta
idrostatica. Infatti il corpo immerso nel liquido peserà di meno.
Il primo che studiò questo fenomeno è Archimede,matematico siracusano
vissuto dal 287 al 212 a.C. Archimede scoprì che un corpo immerso in un liquido
riceve da esso una spinta verso l’alto,detta spinta di Archimede,uguale al peso
del liquido che sposta.
m = massa del liquido
g = costante di Archimede
d = densità del liquido
v = volume del liquido spostato
S = spinta di Archimede
Peso del liquido spostato: mg = dgv
Applicando il principio di Archimede: S = dvg
Perché un corpo galleggia
Sul corpo agiscono quindi 2 forze: la forza peso, che spinge verso il
basso, e la spinta di Archimede che spinge verso l’ alto.
Se P>S il corpo si muove verso il basso. Il peso è maggiore della spinta
di Archimede quando la densità del corpo è maggiore di quella del
liquido.
Se P<S il corpo viene spinto verso l’alto e galleggia.
Quando il corpo è parzialmente fuori dal liquido, il volume della parte
immersa diminuisce e quindi anche la spinta di Archimede diminuisce.
Il corpo continua a galleggiare finché la spinta diventa uguale al
peso e si ha l’ equilibrio. Se un corpo galleggia una parte sta
immersa nell’ acqua e una sta fuori. In questo caso bisogna
considerare la parte immersa.
Ve/ Vi = Di-Dc/ Dc
Ve = volume emerso
Vi = volume immerso
Di = densità liquido
Dc = densità corpo
Sbandamento e stabilità
La barca a vela naviga quasi sempre più o meno inclinata. La stabilità
di una barca è la tendenza di opporsi allo sbandamento.
Consideriamo ora le forze sbandanti, la forza aerodinamica,
applicata ala centro velico e la forza idrodinamica, applicata invece
al centro di deriva. A queste due forze si oppone un’ ulteriore
coppia di forze: la spinta idrostatica o spinta di Archimede applicata
al centro di carena e la forza del peso applicata al baricentro. Se la
barca naviga con un angolo di sbandamento costante le due coppie di
forze sono in equilibrio. Sotto la raffica la coppia sbandante
aumenta e se non interveniamo noi la barca potrebbe scuffiare.
Abbiamo vari modi per impedire alla barca di scuffiare possiamo
spostarci sempre più sopravvento e fuoribordo per aumentare il
braccio della coppia raddrizzante, altrimenti possiamo diminuire la
superficie di vela esposta al vento o la superficie di deriva investita
dal flusso dell’acqua. Lo sbandamento, lo scarroccio e la velocità
sono strettamente collegate tra loro: più la barca è sbandata e
scarroccia, più la barca naviga veloce e meno scarroccia.
Significati vari …
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Sbandamento: inclinazione della barca, che genera instabilità
Forza idrodinamica: forza data dal movimento dell’acqua
Forza aerodinamica: forza data dal movimento dell’aria
Centro velico: il punto in cui sono applicate tutte le . risultanti
delle forze che agiscono sulle vele
Centro di deriva: il punto di applicazione delle forze esercitate
dall’acqua sulla parte immersa dello scafo quando esso è in
movimento
Centro di carena: o centro di spinta, è il punto dove sono
applicate tutte le forze che agiscono sullo scafo
Baricentro: il punto in cui si può pensare applicata la forza peso
Scuffiare: la barca a vela si inclina e tocca la superficie
dell’acqua
Sopravvento: parte della barca esposta alla direzione in cui
soffia il vento
Scarroccio: deviazione laterale della rotta della
barca per effetto del vento
indice
Sbandamento
Inclinazione della
barca che genera
instabilità
Forza idrodinamica
Forza data dal
movimento
dell’acqua
Forza aerodinamica
Forza data dal
movimento dell’aria
Sopravvento
Parte della
barca esposta
alla direzione in
cui soffia il
vento
Centro di carena
Punto in cui sono
applicate le
risultanti delle forze
che agiscono sullo
scafo
Centro velico e di deriva
Centro velico: punto
in cui sono applicate
le risultanti delle
forze che agiscono
sulle vele
Centro di deriva:
punto di
applicazione delle
forze eserciate
sull’acqua sulla
parte immersa dello
scafo quando esso è
in movimento
Baricentro
Il punto in cui
si pensa
applicata la
forza peso
Scuffiare
La barca a vela si
inclina e tocca la
superficie
dell’acqua
Scarroccio
Deviazione
laterale della
barca per
effetto del
vento
IL
VENTO
SULLA
BARCA
A VELA
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.
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.
 SU UNA BARCA FERMA BEN ORMEGGIATA AL PONTILE:
la vela è sollecitata da una forza
aerodinamica determinata
Fa
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.
Fi
Forza
aerodinamica
Forza idrodinamica
 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.
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
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.
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.
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.
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
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.
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 RomaMilano (direzione), verso Milano (verso).
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.
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.
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”.
•Di:
Cosimo Carmagnini
Sara Degl’ Innocenti
Giada Cambini
Caterina Cafissi
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• In assenza di forza applicate ad un corpo,questo preserverà nel
suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme,di conseguenza
non avrà né accelerazione né decelerazione.
• Se un corpo è soggetto ad una forza, questo accelererà in
maniera proporzionale ad essa.
• Ad una forza applicata ad un corpo ne corrisponde una uguale e
una contraria.
L'aria che investe la vela di una barca è divisa in due flussi dalla
linea di ristagno: uno passa sopra la vela,l'altro sotto.
Il profilo della vela è fatto in modo che la parte superiore risulti
più lunga rispetto alla parte inferiore;i due flussi,però,una volta
divisi,si devono ricongiungere perfettamente.
Di conseguenza il flusso superiore,dovendo percorrere più spazio
a parità di tempo a quello inferiore, dovrà fluire con una velocità
maggiore di quello inferiore.
Il principio di Bernoulli, afferma che
in un qualsiasi punto di un fluido, il
prodotto tra velocità e pressione si
mantiene costante,e di conseguenza i
punti con velocità più alta avranno
una pressione inferiore.
Ricapitolando: sulla parte concava
della vela troveremo una pressione
più grande rispetto alla pressione
esercitata sulla parte convessa.
Ne consegue la nascita di una forza,
che va dal basso verso l'alto.
Questa forza è detta portanza,e
permette ad una barca a vela di
procedere quasi contro vento.
Per quanto riguarda l'idrodinamica,invece,possiamo sperimentare
l'effetto della portanza ormeggiando la nostra deriva lungo la
banchina,dove sia presente una corrente parallela ad essa. La
corrente,passando tra la banchina e la fiancata della barca,anziché
distanziarla,la farà avvicinare.
La portanza è la componente perpendicolare al moto della forza
aerodinamica che agisce su un corpo immerso in un fluido, ed è generata
dalle vele e dalla chiglia di una barca a vela.
Essendo normale alla direzione del vento,la portanza, non sempre è
opposta alla forza peso ,ma può seguire qualsiasi direzione.
Opposta alla portanza è la resistenza che si forma in seguito alle
scie lasciate dalle vele. Questa forza si oppone all’ avanzamento
della barca a vela. È ovvio cercare di diminuirla e per fare ciò
bisogna che la vela sia stretta, alta, allungata ed efficiente.
Inoltre la resistenza è determinata anche dallo scafo.
Principalmente l’attrito di questa resistenza dipende dalla
carena e dalle onde da essa prodotte. Per ridurre l’ attrito si
cerca anzitutto di ridurre la parte immersa dello scafo e
levigare la superficie della carena. Ma l’attrito dello scafo ha
influenza solo alle velocità più basse:quando la velocità aumenta
entra in gioco la resistenza delle onde, provocate dal movimento
dello scafo nello sforzo di aprirsi la strada nell’acqua. Le onde
più importanti sono quelle perpendicolari alla rotta della barca;
esse sono dette “trasversali”. Le onde trasversali diventano più
lunghe ed alte man mano che la velocità aumenta e, una volta
raggiunta la massima velocità, lo scafo sarà sostenuto da una
sola onda che avrà più o meno le sue stesse dimensioni.
Falconi Andrea
Guernieri Agnese
Tempesti Elita
Turano Paola
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