De fysica van zeilen

zeilen dicht bij de wind gebruikt de vorm van de zeilen om lift te genereren. Om rond de zeilen te stromen, moet de wind afwijken in de richting, zoals blijkt uit de pijlen voor beginsnelheid vi en eindsnelheid vf, die worden gegeven ten opzichte van de boot. De verandering van snelheid dv is in de aangegeven richting. De acceleratie aa van de lucht is dv/ dt, dus de kracht Fa die zeilen uitoefenen op de lucht is in dezelfde richting. (Newton ‘ s eerste en tweede wetten: F = ma.) De kracht Fw die de wind uitoefent op de zeilen is in de tegenovergestelde richting., (Er is ook een Bernoulli-effect, dat op een secundaire manier bijdraagt.)

merk op dat we nergens in dit argument hoefden te zeggen dat de wind sneller was dan de boot.

nu is deze kracht voornamelijk zijwaarts op de boot, en het wordt meer en meer zijwaarts als je dichter bij de wind komt. Echter, een deel van de kracht is voorwaarts: de richting die we willen gaan. Dus…

waarom drijft de boot niet zijwaarts?Nou, het doet een beetje, maar als het dat doet, moet de Kiel, een groot bijna vlak gebied onder de boot, veel water zijwaarts duwen., Het water weerstaat dit, en oefent de zijwaartse kracht Fk op de kiel.

Dit annuleert de zijwaartse component van Fw. Wat betreft de voorwaartse component: het versnelt de boot totdat de sleepkracht FD die het terughoudt groot genoeg is zodat

Fw = -{Fk + Fd}.

een boot kan dus dicht bij de wind varen: meestal 45° ten opzichte van de echte wind, hoewel veel high performance Boten dichterbij komen. En het voelt dichterbij dan 45°, Zoals we zullen zien in diagrammen hieronder.,

een beetje uitweiden: de zijdelingse componenten van wind en water op de boot maken de boot hiel (kantelen) weg van de wind, zoals blijkt uit het onderstaande diagram. Deze twee horizontale componenten hebben dezelfde grootte maar tegengestelde richting: als krachten ze annuleren, maar ze maken een koppel de neiging om de boot met de klok mee te draaien. Dit wordt geannuleerd door een ander paar krachten. Het drijfvermogen en het gewicht zijn ook gelijk en tegenovergesteld, en ze maken een koppel in de tegenovergestelde richting., Als de boot hielen naar stuurboord, het lood op de bodem van de kiel, die een aanzienlijk deel van het gewicht heeft, beweegt naar bakboord en oefent een linksom koppel. Deze twee draaimomenten annuleren.

dus nu terug naar onze vraag: