Navegar és una qüestió de força
2005/07/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
El món dels navegadors és molt peculiar; vist des de fora, no és fàcil entendre ni el llenguatge, ni els conceptes, ni les tècniques de navegació que utilitzen amb normalitat.
No diuen 'esquerra' o 'dreta', sinó 'abbabor' i 'istribor'. Però cura. Abanto i estribord són d'esquerra i dreta si mirem cap a la proa i viceversa si mirem cap al pop. No obstant això, moltes vegades no importa l'esquerra ni la dreta, sinó per on bufa el vent. Utilitzen llavors 'haizealde' i 'haizebe' (sobrevent i sotavent, respectivament). No obstant això, tots aquests conceptes són més complexos que l'esquerra o la dreta. I és lògic que sigui així perquè el vent per a navegar marca les referències.
Fins i tot quan els vaixells estan amarrats, el vent marca les referències. Això és evident quan estan fora de la protecció del port. La proa del vaixell, unida a una boia, indica d'on ve el vent; quan hi ha vent del nord, el vaixell està "mirant" al nord, quan hi ha vent del sud, al sud, etc.
Així mateix, si es deixa anar el lema d'un veler navegant, el vaixell gira per a col·locar la proa cap al costat del vent. Els de terra necessitem un penell per a veure d'on ve el vent, però el navegador només ha de deixar anar el lema, apagar el motor o deixar de remar. El propi vaixell li ensenyarà d'on ve el vent. Els vaixells moderns tenen moltes eines per a saber-ho, però, encara que els falla l'electrònica, sí que saben com. I saber d'on bufa el vent és molt important per a qui vulgui navegar, encara que sigui d'espelma, rem o moto. El vent és una referència en la mar.
Veles i ales
Per descomptat, en els velers el vent és el causant de la navegació. Però això no significa que el vent mani cap a on es mourà el vaixell. Els navegadors no necessiten vent favorable per a viatjar cap a un sentit.
No. Només necessiten vent. Sense vent no hi ha moviment, però
si hi ha vent, és indiferent si és vent de direcció. Si colpeja el recipient pel popa, empenyerà el veler cap endavant, la qual cosa es coneix com anar en popa. Però encara que sona d'altra banda, no hi ha problema. En definitiva, navegar és art, art d'aprofitar la força del vent.
El veler utilitza veles per a aprofitar el vent, però no sols les veles. Una espècie d'ala situada en la part inferior del casc és també imprescindible per a la navegació dels velers. A aquest sud se'n diu quilla. La quilla no és un autèntic sud, però es compara moltes vegades amb les ales dels avions, ja que les formes de navegació dels velers i els avions són similars en part.
Imagina un avió inclinat noranta graus cap al sud i submergit en l'aigua fins a la meitat. Una de les ales quedaria fora de l'aigua i l'altra sota l'aigua. Si el fons submarí fos molt de menor que el de l'aire, el resultat seria un veler. Òbviament, en aquesta comparació no tenen en compte la flotabilitat, la lleugeresa de la vela superior, ni la presència de més d'una vela en l'aire, però és una comparació útil per a explicar la relació entre forces i navegació.
Newton i Bernouilli
Aquesta relació, lògicament, està basada en les lleis de Newton que analitzen l'origen i la influència de les forces. I una de les coses que diuen és que no hi ha acceleració sense força. L'aturat es deté si no s'acciona amb força. Així mateix, el que es mou a una velocitat avançarà a aquesta velocitat fins que es vegi afectat per una força, la força de frenat s'alentirà, la força d'acceleració s'accelerarà i altres forces canviaran la direcció del moviment. Cal tenir en compte que per als físics el canvi de sentit en un moviment és un tipus d'acceleració, és a dir, la influència d'una força.
En el cas dels velers, la pròpia vela canvia la direcció del vent. El vent ataca la vela des d'un angle i surt d'un altre. De fet, la vela és una superfície corba, impulsada cap endavant per la diferència de pressió que exerceix sobre l'aire. En definitiva, en la part convexa de la vela es mou més ràpid que en l'altra, i segons el principi descrit per la Bernouilli holandesa, això influeix en la pressió de l'aire, ja que en la zona de moviment ràpid la pressió és menor. La diferència de pressió genera una força, de baixa a alta pressió.
Aquesta força es representa amb la lletra A en la figura 1. És la llei de la reacció d'acció de Newton, l'acció és desviar l'aire en un sentit i la reacció és moure el veler en sentit contrari a aquesta desviació. La força A de la imatge, no obstant això, no té la mateixa direcció que el moviment del veler. Per a això és la quilla. La quilla no deixa caure l'envàs. Frena en direcció perpendicular al moviment del veler. I per aquest efecte de la quilla, el vaixell no té una altra solució: ha de navegar cap endavant.
Per al càlcul d'aquest moviment cap endavant, els físics reparteixen forces. La veritat és que qualsevol força pot ser la suma d'altres forces. En la figura es representa el mateix. Com s'ha indicat, la força A és deguda al vent sobre la vela i pot considerar-se com la suma de totes dues forces, B i C. La força B empeny el vaixell cap endavant i la força C és perpendicular a la quilla. La quilla genera una força D per a poder compensar aquesta C i finalment l'envàs avança
La funció de la quilla és mantenir el recipient en posició vertical, per al que exerceix una força contra l'aigua. Normalment el masteler de l'envàs sol estar molt prop de la posició vertical, però no sempre.
En les imatges més espectaculars els velers naveguen molt inclinats. Això és el que ocorre quan es navega contra el vent, molt prop de la direcció del vent; la força sobre la vela és molt gran i la clau no pot resistir-se del tot. En aquest cas l'envàs aconsegueix la màxima velocitat. Pot anar més ràpid que quan va en popa.
Vent aparent
No obstant això, no és fàcil mantenir l'envàs en l'angle que aconsegueix la màxima velocitat. Treure el millor partit al vent és l'art, perquè d'una banda canvia la força i direcció del vent cada vegada i d'altra banda cal tenir en compte que el vent que percep el navegador no és real. El vent es percep com a conseqüència de la pròpia navegació, és a dir, del propi moviment.
És com caminar amb bicicleta quan no hi ha vent i sentir aire, l'aire no s'està movent, però la bicicleta sí, i el que va damunt és la sensació que hi ha vent. En el veler ocorre el mateix, i a més aquesta sensació es combina amb el vent real, clar, si el veler està en moviment hi ha vent real. A això se'n diu vent aparent.
Però el vaixell no està impulsat pel vent aparent, aquest vent no participa en la navegació, és només una conseqüència. En certa manera, el real és una combinació entre el vent i el frau de la velocitat. Precisament, per a poder navegar bé
cal reconèixer d'on ve el vent real. Com ja s'ha comentat, són diverses les eines que ajuden a fer-ho, i
a més, deixant anar la vela, la proa del
vaixell assenyala cap al vent.
Els navegadors coneixen perfectament la maniobra d'alliberament de la vela i altres mil assumptes de la base física de la navegació. Segurament aquestes qüestions no s'exposaran en l'idioma dels físics, sinó en el nàutic. I potser no esmenten a Newton ni a Bernouilli, però apliquen les seves lleis a bord.
Navegar és una qüestió de força, sens dubte, però els navegadors ho han convertit en art. Tingues en compte, a més, que l'aquí escrit no ha estat més que una aproximació. Des d'aquest punt de partida fins al maneig del veler és llarg.
A favor del vent contra el vent
El veler no pot navegar directament contra el vent, però pot acostar-se a aquest sentit. Pot navegar a uns trenta graus de la direcció d'arribada del vent. En acostar-se més a la direcció del vent, la vela perd tensió, comença a ballar, es col·loca el masteler vertical i el vaixell es deté amb la proa cap al vent. No obstant això, si no se supera l'angle límit, s'aconsegueix la velocitat més ràpida possible pel vent. Per descomptat, si es vol navegar directament al vent, cal canviar el sentit del veler i fer ziga-zaga.
L'angle límit és de trenta graus per cada costat de la direcció del vent. Això significa que en un interval de seixanta graus no es pot navegar. Però queden tres-cents graus per a atrapar l'embranzida del vent.
Navegació més ràpida
Com més llarg sigui, més ràpid pot anar el veler, ja que la velocitat depèn de la longitud de la línia de flotació. I per aquest motiu els experts ho calculin. Multiplicant l'arrel quadrada d'aquesta longitud per 1,34 es pot calcular la velocitat màxima que pot aconseguir un recipient, aproximadament. La fórmula és senzilla però permet una aproximació acceptable.
El càlcul es realitza als peus per a extreure la velocitat en nusos. Per exemple, en el cas d'un veler de deu metres, la longitud és de 30,48 peus i el resultat de la velocitat és aproximadament de 7,4 nusos. (Per als de terra cal dir que quan es diu nus es vol dir milla marina de llavors, és a dir, 1,852 quilòmetres per hora. Per tant, 7,4 nusos són aproximadament 13,7 quilòmetres per hora). Lògicament, el resultat d'aquesta operació és una aproximació, limitada pel vent i l'habilitat del navegador.
El càlcul s'ha basat en la longitud de la línia de flotació, però finalment la clau està en l'aigua. El veler no pot navegar més ràpid que l'onatge que genera en navegar. En els velers petits, per exemple, cal tenir en compte que un vaixell genera dues ones en navegar,
la que genera la proa i una altra ona prop del pop. La màxima velocitat s'aconsegueix quan la distància entre totes dues ones coincideix amb la longitud de la línia de flotació.
Si per un moment sobrepassa aquesta velocitat, el pop del vaixell baixa en l'aigua i la proa es queda en l'aire. Com a conseqüència, la línia de flotació disminueix i l'envàs perd velocitat.
No obstant això, existeix una manera de navegar a una velocitat superior a la màxima estimada: surfear sobre una ona. Però per a això es necessita habilitat i la velocitat no és llarga.
