Navegar es una cuestión de fuerza
2005/07/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
El mundo de los navegadores es muy peculiar; visto desde fuera, no es fácil entender ni el lenguaje, ni los conceptos, ni las técnicas de navegación que utilizan con normalidad.
No dicen 'izquierda' o 'derecha', sino 'abbabor' y 'istribor'. Pero cuidado. Abanto y estribor son de izquierda y derecha si miramos hacia la proa y viceversa si miramos hacia el pop. Sin embargo, muchas veces no importa la izquierda ni la derecha, sino por dónde sopla el viento. Utilizan entonces 'haizealde' y 'haizebe' (barlovento y sotavento, respectivamente). Sin embargo, todos estos conceptos son más complejos que la izquierda o la derecha. Y es lógico que sea así porque el viento para navegar marca las referencias.
Incluso cuando los barcos están amarrados, el viento marca las referencias. Esto es evidente cuando están fuera de la protección del puerto. La proa del barco, unida a una boya, indica de dónde viene el viento; cuando hay viento del norte, el barco está "mirando" al norte, cuando hay viento del sur, al sur, etc.
Asimismo, si se suelta el lema de un velero navegando, el barco gira para colocar la proa hacia el lado del viento. Los de tierra necesitamos una veleta para ver de dónde viene el viento, pero el navegador solo tiene que soltar el lema, apagar el motor o dejar de remar. El propio barco le enseñará de dónde viene el viento. Los barcos modernos tienen muchas herramientas para saberlo, pero, aunque les falla la electrónica, sí que saben cómo. Y saber de dónde sopla el viento es muy importante para quien quiera navegar, aunque sea de vela, remo o moto. El viento es una referencia en el mar.
Velas y alas
Por supuesto, en los veleros el viento es el causante de la navegación. Pero eso no significa que el viento mande hacia dónde se moverá el barco. Los navegadores no necesitan viento favorable para viajar hacia un sentido.
No. Sólo necesitan viento. Sin viento no hay movimiento, pero
si hay viento, es indiferente si es viento de dirección. Si golpea el recipiente por el popa, empujará el velero hacia delante, lo que se conoce como ir en popa. Pero aunque suena por otro lado, no hay problema. En definitiva, navegar es arte, arte de aprovechar la fuerza del viento.
El velero utiliza velas para aprovechar el viento, pero no sólo las velas. Una especie de ala situada en la parte inferior del casco es también imprescindible para la navegación de los veleros. A este sur se le llama quilla. La quilla no es un auténtico sur, pero se compara muchas veces con las alas de los aviones, ya que las formas de navegación de los veleros y los aviones son similares en parte.
Imagina un avión inclinado noventa grados hacia el sur y sumergido en el agua hasta la mitad. Una de las alas quedaría fuera del agua y la otra bajo el agua. Si el fondo submarino fuera mucho menor que el del aire, el resultado sería un velero. Obviamente, en esta comparación no tienen en cuenta la flotabilidad, la ligereza de la vela superior, ni la presencia de más de una vela en el aire, pero es una comparación útil para explicar la relación entre fuerzas y navegación.
Newton y Bernouilli
Esta relación, lógicamente, está basada en las leyes de Newton que analizan el origen y la influencia de las fuerzas. Y una de las cosas que dicen es que no hay aceleración sin fuerza. El parado se detiene si no se acciona con fuerza. Asimismo, el que se mueve a una velocidad avanzará a esa velocidad hasta que se vea afectado por una fuerza, la fuerza de frenado se ralentizará, la fuerza de aceleración se acelerará y otras fuerzas cambiarán la dirección del movimiento. Hay que tener en cuenta que para los físicos el cambio de sentido en un movimiento es un tipo de aceleración, es decir, la influencia de una fuerza.
En el caso de los veleros, la propia vela cambia la dirección del viento. El viento ataca la vela desde un ángulo y sale de otro. De hecho, la vela es una superficie curva, impulsada hacia delante por la diferencia de presión que ejerce sobre el aire. En definitiva, en la parte convexa de la vela se mueve más rápido que en la otra, y según el principio descrito por la Bernouilli holandesa, esto influye en la presión del aire, ya que en la zona de movimiento rápido la presión es menor. La diferencia de presión genera una fuerza, de baja a alta presión.
Esta fuerza se representa con la letra A en la figura 1. Es la ley de la reacción de acción de Newton, la acción es desviar el aire en un sentido y la reacción es mover el velero en sentido contrario a esa desviación. La fuerza A de la imagen, sin embargo, no tiene la misma dirección que el movimiento del velero. Para eso es la quilla. La quilla no deja caer el envase. Frena en dirección perpendicular al movimiento del velero. Y por este efecto de la quilla, el barco no tiene otra solución: tiene que navegar hacia delante.
Para el cálculo de este movimiento hacia delante, los físicos reparten fuerzas. La verdad es que cualquier fuerza puede ser la suma de otras fuerzas. En la figura se representa lo mismo. Como se ha indicado, la fuerza A es debida al viento sobre la vela y puede considerarse como la suma de ambas fuerzas, B y C. La fuerza B empuja el barco hacia delante y la fuerza C es perpendicular a la quilla. La quilla genera una fuerza D para poder compensar esa C y finalmente el envase avanza
La función de la quilla es mantener el recipiente en posición vertical, para lo que ejerce una fuerza contra el agua. Normalmente el mástil del envase suele estar muy cerca de la posición vertical, pero no siempre.
En las imágenes más espectaculares los veleros navegan muy inclinados. Esto es lo que ocurre cuando se navega contra el viento, muy cerca de la dirección del viento; la fuerza sobre la vela es muy grande y la llave no puede resistirse del todo. En este caso el envase alcanza la máxima velocidad. Puede ir más rápido que cuando va en popa.
Viento aparente
Sin embargo, no es fácil mantener el envase en el ángulo que alcanza la máxima velocidad. Sacar el mejor partido al viento es el arte, porque por un lado cambia la fuerza y dirección del viento cada vez y por otro lado hay que tener en cuenta que el viento que percibe el navegador no es real. El viento se percibe como consecuencia de la propia navegación, es decir, del propio movimiento.
Es como andar en bicicleta cuando no hay viento y sentir aire, el aire no se está moviendo, pero la bicicleta sí, y lo que va encima es la sensación de que hay viento. En el velero ocurre lo mismo, y además esa sensación se combina con el viento real, claro, si el velero está en movimiento hay viento real. A esto se le llama viento aparente.
Pero el barco no está impulsado por el viento aparente, ese viento no participa en la navegación, es sólo una consecuencia. En cierto modo, lo real es una combinación entre el viento y el fraude de la velocidad. Precisamente, para poder navegar bien
hay que reconocer de dónde viene el viento real. Como ya se ha comentado, son varias las herramientas que ayudan a hacerlo, y
además, soltando la vela, la proa del
barco señala hacia el viento.
Los navegadores conocen perfectamente la maniobra de liberación de la vela y otros mil asuntos de la base física de la navegación. Seguramente estas cuestiones no se expondrán en el idioma de los físicos, sino en el náutico. Y quizás no mencionen a Newton ni a Bernouilli, pero aplican sus leyes a bordo.
Navegar es una cuestión de fuerza, sin duda alguna, pero los navegadores lo han convertido en arte. Ten en cuenta, además, que lo aquí escrito no ha sido más que una aproximación. Desde este punto de partida hasta el manejo del velero es largo.
A favor del viento contra el viento
El velero no puede navegar directamente contra el viento, pero puede acercarse a ese sentido. Puede navegar a unos treinta grados de la dirección de llegada del viento. Al acercarse más a la dirección del viento, la vela pierde tensión, comienza a bailar, se coloca el mástil vertical y el barco se detiene con la proa hacia el viento. Sin embargo, si no se supera el ángulo límite, se alcanza la velocidad más rápida posible por el viento. Por supuesto, si se quiere navegar directamente al viento, hay que cambiar el sentido del velero y hacer zigzag.
El ángulo límite es de treinta grados por cada lado de la dirección del viento. Esto significa que en un intervalo de sesenta grados no se puede navegar. Pero quedan trescientos grados para atrapar el empuje del viento.
Navegación más rápida
Cuanto más largo sea, más rápido puede ir el velero, ya que la velocidad depende de la longitud de la línea de flotación. Y de ahí que los expertos lo calculen. Multiplicando la raíz cuadrada de esta longitud por 1,34 se puede calcular la velocidad máxima que puede alcanzar un recipiente, aproximadamente. La fórmula es sencilla pero permite una aproximación aceptable.
El cálculo se realiza en los pies para extraer la velocidad en nudos. Por ejemplo, en el caso de un velero de diez metros, la longitud es de 30,48 pies y el resultado de la velocidad es aproximadamente de 7,4 nudos. (Para los de tierra hay que decir que cuando se dice nudo se quiere decir milla marina de entonces, es decir, 1,852 kilómetros por hora. Por lo tanto, 7,4 nudos son aproximadamente 13,7 kilómetros por hora). Lógicamente, el resultado de esta operación es una aproximación, limitada por el viento y la habilidad del navegador.
El cálculo se ha basado en la longitud de la línea de flotación, pero finalmente la clave está en el agua. El velero no puede navegar más rápido que el oleaje que genera al navegar. En los veleros pequeños, por ejemplo, hay que tener en cuenta que un barco genera dos olas al navegar,
la que genera la proa y otra ola cerca del pop. La máxima velocidad se alcanza cuando la distancia entre ambas olas coincide con la longitud de la línea de flotación.
Si por un momento sobrepasa esa velocidad, el pop del barco baja en el agua y la proa se queda en el aire. Como consecuencia, la línea de flotación disminuye y el envase pierde velocidad.
Sin embargo, existe una forma de navegar a una velocidad superior a la máxima estimada: surfear sobre una ola. Pero para ello se necesita habilidad y la velocidad no es larga.
