Navegar é una cuestión de forza
2005/07/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
O mundo dos navegadores é moi peculiar; visto desde fóra, non é fácil entender nin a linguaxe, nin os conceptos, nin as técnicas de navegación que utilizan con normalidade.
Non din 'esquerda' ou 'dereita', senón 'abbabor' e 'istribor'. Pero coidado. Abanto e estribor son de esquerda e dereita si miramos cara á proa e viceversa si miramos cara ao pop. Con todo, moitas veces non importa a esquerda nin a dereita, senón por onde sopra o vento. Utilizan entón 'haizealde' e 'haizebe' (barlovento e sotavento, respectivamente). Con todo, todos estes conceptos son máis complexos que a esquerda ou a dereita. E é lóxico que sexa así porque o vento paira navegar marca as referencias.
Mesmo cando os barcos están amarrados, o vento marca as referencias. Isto é evidente cando están fóra da protección do porto. A proa do barco, unida a unha aboia, indica de onde vén o vento; cando hai vento do norte, o barco está "a mirar" ao norte, cando hai vento do sur, ao sur, etc.
Así mesmo, si sóltase a lema dun veleiro navegando, o barco vira paira colocar a proa cara ao lado do vento. Os de terra necesitamos una catavento paira ver de onde vén o vento, pero o navegador só ten que soltar a lema, apagar o motor ou deixar de remar. O propio barco ensinaralle de onde vén o vento. Os barcos modernos teñen moitas ferramentas paira sabelo, pero, aínda que lles falla a electrónica, si que saben como. E saber de onde sopra o vento é moi importante paira quen queira navegar, aínda que sexa de vela, remo ou moto. O vento é una referencia no mar.
Veas e ás
Por suposto, nos veleiros o vento é o causante da navegación. Pero iso non significa que o vento mande cara a onde se moverá o barco. Os navegadores non necesitan vento favorable paira viaxar cara a un sentido.
Non. Só necesitan vento. Sen vento non hai movemento, pero
se hai vento, é indiferente si é vento de dirección. Si golpea o recipiente polo popa, empuxará o veleiro cara adiante, o que se coñece como ir en popa. Pero aínda que soa doutra banda, non hai problema. En definitiva, navegar é arte, arte de aproveitar a forza do vento.
O veleiro utiliza velas paira aproveitar o vento, pero non só as velas. Una especie de á situada na parte inferior do casco é tamén imprescindible paira a navegación dos veleiros. A este sur chámaselle quilla. A quilla non é un auténtico sur, pero compárase moitas veces coas ás dos avións, xa que as formas de navegación dos veleiros e os avións son similares en parte.
Imaxina un avión inclinado noventa graos cara ao sur e mergullado na auga até a metade. Una das ás quedaría fose da auga e a outra baixa a auga. Si o fondo submarino fose moito menor que o do aire, o resultado sería un veleiro. Obviamente, nesta comparación non teñen en conta a flotabilidad, a lixeireza da vela superior, nin a presenza de máis dunha vela no aire, pero é una comparación útil paira explicar a relación entre forzas e navegación.
Newton e Bernouilli
Esta relación, loxicamente, está baseada nas leis de Newton que analizan a orixe e a influencia das forzas. E una das cousas que din é que non hai aceleración sen forza. O parado detense si non se acciona con forza. Así mesmo, o que se move a unha velocidade avanzará a esa velocidade ata que se vexa afectado por unha forza, a forza de freado retardarase, a forza de aceleración acelerarase e outras forzas cambiarán a dirección do movemento. Hai que ter en conta que paira os físicos o cambio de sentido nun movemento é un tipo de aceleración, é dicir, a influencia dunha forza.
No caso dos veleiros, a propia vela cambia a dirección do vento. O vento ataca a vela desde un ángulo e salgue doutro. De feito, a vela é una superficie curva, impulsada cara adiante pola diferenza de presión que exerce sobre o aire. En definitiva, na parte convexa da vela móvese máis rápido que na outra, e segundo o principio descrito pola Bernouilli holandesa, isto inflúe na presión do aire, xa que na zona de movemento rápido a presión é menor. A diferenza de presión xera una forza, de baixa a alta presión.
Esta forza represéntase coa letra A en a figura 1. É a lei da reacción de acción de Newton, a acción é desviar o aire nun sentido e a reacción é mover o veleiro en sentido contrario a esa desviación. A forza A de a imaxe, con todo, non ten a mesma dirección que o movemento do veleiro. Paira iso é a quilla. A quilla non deixa caer o envase. Frea en dirección perpendicular ao movemento do veleiro. E por este efecto da quilla, o barco non ten outra solución: ten que navegar cara adiante.
Paira o cálculo deste movemento cara adiante, os físicos reparten forzas. A verdade é que calquera forza pode ser a suma doutras forzas. Na figura represéntase o mesmo. Como se indicou, a forza A é debida ao vento sobre a vela e pode considerarse como a suma de ambas as forzas, B e C. A forza B empuxa o barco cara adiante e a forza C é perpendicular á quilla. A quilla xera una forza D paira poder compensar esa C e finalmente o envase avanza
A función da quilla é manter o recipiente en posición vertical, paira o que exerce una forza contra a auga. Normalmente o mastro do envase adoita estar moi preto da posición vertical, pero non sempre.
Nas imaxes máis espectaculares os veleiros navegan moi inclinados. Isto é o que ocorre cando se navega contra o vento, moi preto da dirección do vento; a forza sobre a vela é moi grande e a chave non pode resistirse do todo. Neste caso o envase alcanza a máxima velocidade. Pode ir máis rápido que cando vai en popa.
Vento aparente
Con todo, non é fácil manter o envase no ángulo que alcanza a máxima velocidade. Sacar o mellor partido ao vento é a arte, porque por unha banda cambia a forza e dirección do vento cada vez e doutra banda hai que ter en conta que o vento que percibe o navegador non é real. O vento percíbese como consecuencia da propia navegación, é dicir, do propio movemento.
É como andar en bicicleta cando non hai vento e sentir aire, o aire non se está movendo, pero a bicicleta si, e o que vai encima é a sensación de que hai vento. No veleiro ocorre o mesmo, e ademais esa sensación combínase co vento real, claro, se o veleiro está en movemento hai vento real. A isto chámaselle vento aparente.
Pero o barco non está impulsado polo vento aparente, ese vento non participa na navegación, é só una consecuencia. En certo xeito, o real é una combinación entre o vento e a fraude da velocidade. Precisamente, paira poder navegar ben
hai que recoñecer de onde vén o vento real. Como xa se comentou, son varias as ferramentas que axudan a facelo, e
ademais, soltando a vela, a proa do
barco sinala cara ao vento.
Os navegadores coñecen perfectamente a manobra de liberación da vela e outros mil asuntos da base física da navegación. Seguramente estas cuestións non se exporán no idioma dos físicos, senón no náutico. E quizais non mencionen a Newton nin a Bernouilli, pero aplican as súas leis a bordo.
Navegar é una cuestión de forza, sen ningunha dúbida, pero os navegadores convertérono en arte. Ten en conta, ademais, que o aquí escrito non foi máis que una aproximación. Desde este punto de partida até o manexo do veleiro é longo.
A favor do vento contra o vento
O veleiro non pode navegar directamente contra o vento, pero pode achegarse a ese sentido. Pode navegar a uns trinta graos da dirección de chegada do vento. Ao achegarse máis á dirección do vento, a vela perde tensión, comeza a bailar, colócase o mastro vertical e o barco detense coa proa cara ao vento. Con todo, se non se supera o ángulo límite, alcánzase a velocidade máis rápida posible polo vento. Por suposto, se se quere navegar directamente ao vento, hai que cambiar o sentido do veleiro e facer zigzag.
O ángulo límite é de trinta graos por cada lado da dirección do vento. Isto significa que nun intervalo de sesenta graos non se pode navegar. Pero quedan trescentos graos paira atrapar o empuxe do vento.
Navegación máis rápida
Canto máis longo sexa, máis rápido pode ir o veleiro, xa que a velocidade depende da lonxitude da liña de flotación. E por iso é polo que os expertos calcúleno. Multiplicando a raíz cadrada desta lonxitude por 1,34 pódese calcular a velocidade máxima que pode alcanzar un recipiente, aproximadamente. A fórmula é sinxela pero permite una aproximación aceptable.
O cálculo realízase nos pés paira extraer a velocidade en nós. Por exemplo, no caso dun veleiro de dez metros, a lonxitude é de 30,48 pés e o resultado da velocidade é aproximadamente de 7,4 nós. (Paira os de terra hai que dicir que cando se di nó quérese dicir milla mariña de entón, é dicir, 1,852 quilómetros por hora. Por tanto, 7,4 nós son aproximadamente 13,7 quilómetros por hora). Loxicamente, o resultado desta operación é una aproximación, limitada polo vento e a habilidade do navegador.
O cálculo baseouse na lonxitude da liña de flotación, pero finalmente a clave está na auga. O veleiro non pode navegar máis rápido que a ondada que xera ao navegar. Nos veleiros pequenos, por exemplo, hai que ter en conta que un barco xera dúas ondas ao navegar,
a que xera a proa e outra onda cerca do pop. A máxima velocidade alcánzase cando a distancia entre ambas as ondas coincide coa lonxitude da liña de flotación.
Si por un momento excede esa velocidade, o pop do barco baixa na auga e a proa queda no aire. Como consecuencia, a liña de flotación diminúe e o envase perde velocidade.
Con todo, existe una forma de navegar a unha velocidade superior á máxima estimada: surfear sobre unha onda. Pero paira iso necesítase habilidade e a velocidade non é longa.
