Fysiken i segling

segling nära vinden använder formen av seglen för att generera Hiss. För att flyta runt seglen måste vinden avvika i riktning, vilket visas av pilarna för initialhastighet vi och slutlig hastighet vf, som ges med avseende på båten. Förändringen av hastighet dv är i den riktning som visas. Luftens acceleration aa är Dv / dt, så kraften Fa som seglar utövar på luften är i samma riktning. (Newtons första och andra lagar: F = ma.) Kraften Fw som vinden utövar på seglen är i motsatt riktning., (Det finns också en Bernoulli effekt, vilket bidrar på ett sekundärt sätt.)

Observera att ingenstans i detta argument behövde vi säga att vinden var snabbare än båten.

nu är denna kraft huvudsakligen sidled på båten, och det blir mer och mer sidled när du kommer närmare vinden. En del av kraften är dock framåt: den riktning vi vill gå. Så…

Varför går inte båten i sidled?Jo det gör lite, men när det gör, kölen, en stor nästan platt område under båten, måste driva en hel del vatten i sidled., Vattnet motstår detta och utövar sidokraften Fk på kölen.

detta avbryter sidokomponenten i Fw. När det gäller framåtkomponenten: det accelererar båten tills dragkraften Fd håller den tillbaka är tillräckligt stor så att

FW = -{Fk + fd}.

så en båt kan segla nära vinden: typiskt 45 ° till den sanna vinden, även om många högpresterande båtar går närmare än så. Och det känns närmare än 45°, som vi ser i diagrammen nedan.,

lite utvikning: de sidokomponenter av vind och vatten på båten gör båten hälen (lutning) bort från vinden, som visas i diagrammet nedan. Dessa två horisontella komponenter har samma storlek men motsatt riktning: som krafter de avbryter, men de gör ett vridmoment tenderar att rotera båten medurs. Detta avbryts av ett annat par krafter. Flytkraften och vikten är också lika och motsatta, och de gör ett vridmoment i motsatt riktning., Som båten klackar till styrbord, ledningen på botten av kölen, som har en betydande del av vikten, flyttar till hamn och utövar ett moturs vridmoment. Dessa två vridmoment avbryter.

så nu tillbaka till vår fråga: