Das Segeln in Windnähe nutzt die Form der Segel, um Auftrieb zu erzeugen. Um um die Segel herum zu fließen, muss der Wind in Richtung abweichen, wie die Pfeile für Anfangsgeschwindigkeit vi und Endgeschwindigkeit vf zeigen, die in Bezug auf das Boot angegeben sind. Die änderung der Geschwindigkeit dv ist in der gezeigten Richtung. Die Beschleunigung aa der Luft ist dv / dt, so dass die Kraft Fa, die Segel auf die Luft ausüben, in der gleichen Richtung ist. (Newtons erstes und zweites Gesetz: F = ma.) Die Kraft Fw, die der Wind auf die Segel ausübt, ist in entgegengesetzter Richtung., (Es gibt auch einen Bernoulli-Effekt, der sekundär dazu beiträgt.)
Beachten Sie, dass wir nirgendwo in diesem Argument sagen mussten, dass der Wind schneller war als das Boot.
Jetzt ist diese Kraft hauptsächlich seitwärts auf dem Boot, und sie wird immer seitwärts, wenn Sie sich dem Wind nähern. Ein Teil der Kraft ist jedoch vorwärts: die Richtung, in die wir gehen wollen. So…
Warum driftet das Boot nicht seitwärts?Nun, es tut ein wenig, aber wenn es so ist, muss der Kiel, eine große, fast flache Fläche unter dem Boot, viel Wasser zur Seite schieben., Das Wasser widersteht dem und übt die seitwärts gerichtete Kraft Direkt auf den Kiel aus.
Dadurch wird die seitliche Komponente von Fw aufgehoben. Was die Vorwärts-Komponente betrifft: Sie beschleunigt das Boot, bis die Zugkraft Fd, die es zurückhält, groß genug ist, so dass
- Fw = – {Fk + Fd}.
So kann ein Boot nahe am Wind segeln: typischerweise 45° zum wahren Wind, obwohl viele Hochleistungsboote näher kommen. Und es fühlt sich näher als 45° an, wie wir in Diagrammen unten sehen werden.,
- Ein kleiner Exkurs: Die seitlichen Komponenten von Wind und Wasser auf dem Boot machen das Boot vom Wind weg (Neigung), wie in der Abbildung unten gezeigt. Diese beiden horizontalen Komponenten haben die gleiche Größe, aber entgegengesetzte Richtung: Als Kräfte brechen sie auf, aber sie erzeugen ein Drehmoment, das dazu neigt, das Boot im Uhrzeigersinn zu drehen. Dies wird durch ein anderes Kräftepaar aufgehoben. Der Auftrieb und das Gewicht sind ebenfalls gleich und entgegengesetzt, und sie erzeugen ein Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung., Wenn das Boot an Steuerbord absteigt, bewegt sich die Führung am Boden des Kiels, die einen erheblichen Teil des Gewichts hat, zum Hafen und übt ein gegen den Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment aus. Diese beiden Drehmomente brechen ab.
So, jetzt zurück zu unserer Frage: