Как начинающему яхтсмену научиться понимать ветер?

Как парусники ходят против ветра?

Мы продолжаем серию публикаций, подготовленных интерактивным научно-популярным блогом « Объясню за две минуты ». Блог рассказывает о простых и сложных вещах, которые ежедневно нас окружают и не вызывают никаких вопросов ровно до тех пор, пока мы о них не задумываемся. Например, там можно узнать, как космические корабли не промахиваются и не сталкиваются с МКС при стыковке.

1. Строго против ветра под парусом ходить невозможно. Однако если ветер дует спереди, но чуть под углом, яхта вполне может двигаться. В таких случаях говорят, что судно идет острым курсом.

2. Тяга паруса образуется благодаря двум факторам. Во‑первых, ветер просто давит на паруса. Во‑вторых, косые паруса, установленные на большинстве современных яхт, при обтекании воздухом работают, как крыло самолета, и создают «подъемную силу», только направлена она не вверх, а вперед. Из-за особенностей аэродинамики воздух с выпуклой стороны паруса движется быстрее, чем с вогнутой, и давление с внешней стороны паруса меньше, чем с внутренней.

3. Полная сила, создаваемая парусом, направлена перпендикулярно полотну. По правилу сложения векторов в ней можно выделить силу дрейфа (красная стрелка) и силу тяги (зеленая стрелка).

4. На острых курсах сила дрейфа велика, но ей противостоит форма корпуса, киль и руль: яхта не может идти боком из-за сопротивления воды. Зато вперед она охотно скользит даже при небольшой силе тяги.

5. Чтобы идти строго против ветра, яхта лавирует: поворачивается к ветру то одним, то другим бортом, продвигаясь вперед отрезками － галсами. Насколько длинными должны быть галсы и под каким углом к ветру идти － важные вопросы шкиперской тактики.

6. Выделяют пять основных курсов судна относительно ветра. Благодаря Петру I в России укоренилась голландская морская терминология.

7. Левентик － ветер дует прямо в нос судна. Таким курсом под парусом ходить нельзя, зато поворот к ветру используют, чтобы остановить яхту.

8. Бейдевинд － тот самый острый курс. Когда идешь бейдевиндом, ветер дует в лицо, поэтому кажется, что яхта развивает очень большую скорость. На самом деле это ощущение обманчиво.

9. Галфвинд － ветер дует перпендикулярно направлению движения.

10. Бакштаг － ветер дует с кормы и с борта. Это самый быстрый курс. Быстрые гоночные суда, идущие бакштагом, способны разогнаться до скорости, превышающей скорость ветра, за счет подъемной силы паруса.

Как работает парус.

Прежде чем приступать к рассмотрению работы паруса, следует остановиться на двух коротких, но важных моментах: 1.Определить, какой именно ветер влияет на паруса. 2.Рассказать о специфической морской терминологии, связанной с курсами относительно ветра.

Истинный и вымпельный ветра в яхтинге.

Ветер, который действует на движущееся судно и всё находящееся на нем, отличается от того, который действует на какой-либо неподвижный объект. Собственно ветер как атмосферное явление, дующий относительно земли или воды, мы называем истинным ветром. В яхтинге ветер относительно движущейся яхты называется вымпельным и является суммой истинного ветра и встречного потока воздуха, вызванного движением судна. Вымпельный ветер всегда дует под более острым углом к лодке, чем истинный. Скорость вымпельного ветра может быть больше (если истинный ветер встречный или боковой), или меньше истинного (если он с попутных направлений).

Направления относительно ветра.

На ветре значит с той стороны, откуда дует ветер. Под ветром — с той стороны, куда дует ветер. Эти термины, а также производные от них, такие как «наветренный», «подветренный», употребляются очень широко, и не только в яхтинге. Когда эти термины применяют к судну, принято также говорить про наветренный и подветренный борта. Если ветер дует со стороны правого борта яхты, то этот борт называют наветренным, левый борт — подветренным соответственно. Левый и правый галс — два термина, непосредственно связанные с предыдущими: если ветер дует в правый борт судна, то говорят, что оно идет правым галсом , если в левый –то левым. В английской морской терминологии то, что связано с правым и левым бортом, отличается от обычных Right и Left. Про правый борт и всё, что к нему относится, говорят Starboard, про левый — Port.

Курсы относительно ветра .

Курсы относительно ветра различаются в зависимости от угла между направлением вымпельного ветра и направлением движения судна. Их можно разделить на острые и полные.

Бейдевинд — острый курс относительно ветра. когда ветер дует под углом менее 80°. Может быть крутой бейдевинд (до 50°) и полный (от 50 до 80°). Полными курсами относительно ветра называются курсы, когда ветер дует под углом 90° и более к направлению движения яхты. К таким курсам относятся: Галфвинд — ветер дует под углом от 80 до 100°. Бакштаг — ветер дует под углом от 100 до 150° (крутой бакштаг) и от 150 до 170° (полный бакштаг). Фордевинд — ветер дует в корму под углом более 170°. Левентик — ветер строго встречный или близок к таковому. Поскольку против такого ветра парусное судно двигаться не может, его чаще называют не курсом , а положением относительно ветра.

Маневры относительно ветра.

Когда яхта, идущая под парусами, меняет свой курс так, что угол между ветром и направлением движения уменьшается, то говорят, что судно приводится. Другими словами, привестись значит пойти под более острым углом к ветру. Если происходит обратный процесс, т. е. яхта меняет курс в сторону увеличения угла между ним и ветром, судно уваливается . Уточним, что термины («приводиться» и «уваливаться» используются тогда, когда лодка меняет курс относительно ветра в пределах одного и того же галса. Если же судно меняет галс, то тогда (и только тогда!) такой маневр в яхтинге называется поворотом. Существует два различных способа перемены галса и, соответственно, два поворота: оверштаг и фордевинд . Поворот оверштаг — это поворот против ветра. Судно приводится, нос лодки пересекает линию ветра, в какой-то момент судно проходит через положение левентик, после чего ложится на другой галс . Яхтинг при повороте фордевинд происходит противоположным образом: судно уваливается, корма пересекает линию ветра, паруса переносят на другой борт, яхта ложится на другой галс. Чаще всего это — поворот с одного полного курса на другой.

ПОД ПАРУСАМИ ПРОТИВ ВЕТРА

Трудно представить себе, как могут парусные суда идти «против ветра» – или, по выражению моряков, идти «в бейдевинд». Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра идти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра. Но угол этот мал – около четверти прямого угла, – и представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра или под углом к нему в 22°.

На деле это, однако, не безразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силой ветра идти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Вы, вероятно думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он толкает парус перпендикулярно к плоскости паруса. В самом деле: пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рисунке ниже; линия АВ

обозначает парус.

Ветер толкает парус всегда под прямым углом к его плоскости.

Так как ветер напирает равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем давление ветра силой R, приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на две: силу Q

, перпендикулярную к парусу, и силу Р, направленную вдоль него (см. рис. вверху, справа). Последняя сила никуда но толкает парус, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила Q , которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно идти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК

изображает килевую линию судна.

Как можно идти на парусах против ветра.

Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении, указанном рядом стрелок. Линия АВ

изображает парус; его помещают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рисунке за разложением сил. Напор ветра на парус мы изображаем силой Q , которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу R , перпендикулярную к килю, и силу S , направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так как движение судна в направлении R встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила R почти полностью уравновешивается сопротивлением воды. Остается одна лишь сила S , которая, как видите, направлена вперед и, следовательно, подвигает судно под углом, как бы навстречу ветру. [Можно доказать, что сила S получает наибольшое значение тогда, когда плоскость паруса делит пополам угол между направлениями киля и ветра.]. Обыкновенно это движение выполняется зигзагами, как показывает рисунок ниже. На языке моряков такое движение судна называется «лавировкой» в тесном смысле слова.

ВЕТРО – ВОЛНОВАЯ ОБСТАНОВКА.

2.1. Ветер. Направление основного, порождённого взаимодействием атмосферных фронтов ветра (которое указывается в прогнозах погоды) может искажаться под влиянием местных факторов. На относительно крупных водоёмах – это утренний и вечерний бризы. На протяжённых водоёмах – крупных реках и водохранилищах – ветер изменяет направление и дует вдоль русла. Примерно то же происходит и на узких протяжённых плесах озёр. То есть на разных участках таких водоёмов направление ветра может существенно меняться.

2.2. Приближение грозового фронта сопровождается резким изменением силы ветра, дующего от него, вплоть до шквалов. Сильные порывы ветра может вызвать и большое кучевое облако, проходящее над судном или поблизости.

2.3. Шквалы – это резкое, в несколько раз, усиление ветра со сменой, как правило, его направления. В предгрозовых шквалах скорость ветра достигает 20 м/сек и более. Шквал вызывает быстрый рост волн. Предвестники шквала – надвигающееся мощное кучево или грозовое облако, иногда с пеленой дымки у воды (признак очень большого усиления ветра), вытянутый по небу тёмный облачный вал, или просто граница между облаками разных типов. Бывают и белые шквалы, возникающие без видимых причин – при ровной пелене облаков и слабом ветре и даже при ясном небе.

Перед шквалом наступает характерное затишье. При подходе шквала слышен характерный шум, на воде появляется быстро приближающаяся полоса ветровой ряби или белых барашков – по этим признакам узнают и о приближении белых шквалов.

2.4. Влияние берегов. Наветренный (т.е. ветер дует на него) и подветренный (ветер от него) берега по-разному влияют на ветро-волновую обстановку. У наветренного берега волна будет больше. Если берег высокий, воздушный поток, отражаясь от него, становится нестабильным по величине и направлению (вплоть до изменения направления на противоположное, в свежую погоду вдоль такого берега ближе 50 … 100 м лучше не плыть). У подветренного берега волны нет или она небольшая и пологая, а ветер ещё нестабильнее. Он то стихает совсем, то внезапно налетает в виде резко усиливающихся порывов (и даже шквалов) с самых разных меняющихся направлений, что очень осложняет управление судном и изматывает экипаж. Резкие динамические удары ветра в паруса возможны при выходе из-за мысов, пересечении узких заливов, проходе вдоль берега мимо больших оврагов и лощин, выходе из-за островов.

2.5. Волна. Ее форма не симметрична – задний склон у нее пологий, передний – крутой. При движении против ветра и, соответственно, волны, опасность заливания судна больше, чем по волне. Фронт волны представляет собой не сплошной вал одинаковой высоты, а цепочку «холмов» и впадин; нужно, следовательно, стремиться двигаться по впадинам. Волны не одинаковы по высоте: каждая шестая – восьмая волна, в зависимости от особенностей водоема – выше остальных; иногда более высокими бывают две волны. При усилении ветра, периодически – раз в несколько минут – может возникать одна еще более высокая волна. На мелководье волны становятся выше и короче (т.е. делаются еще более «неудобнее»), поэтому при сильном волнении двигаться по мелководью нежелательно.

2.6. Лучшее укрытие от волны и ветра – устье речки или ручья, неплохое – подветренная сторона острова, в крайнем случае можно отстояться на подветренной стороне отмели.

2.7. Погодные условия. Они определяют успех плавания. Но прогноз погоды, даже местные, передаваемые по областному радио, характеризуют процессы, охватывающие большие районы. В месте нахождения судна погода может и не совпадать с радио прогнозом. Вполне возможно и самим предсказывать погоду на ближайшие 6…8 час., пользуясь общими и местными признаками ее изменения. Вывод делается на основании нескольких совпадающих признаков. Много полезной информации дает наблюдение за облачностью, поскольку она представляет собой не беспорядочное скопление туч или облаков, а обладает определенной структурой, отражающей, в конечном счете, состояние погодных условий на данном участке местности.