Dlaczego jacht pływa, i to w pożądanym kierunku?

Transkrypt

1 24 Dlaczego jacht pływa, i to w pożądanym kierunku? Jacht porusza się w dwóch ośrodkach: w wodzie część zanurzona i w powietrzu część nawodna jachtu. Na część nawodną działa parcie wiatru, natomiast w części podwodnej powstają siły hydrodynamiczne jako reakcja na siły działające głównie na żagiel. To na nich powstaje siła aerodynamiczna. Mechanizm jej powstawania i jej składowe omówione zostaną w następnej części tego rozdziału. Siła aerodynamiczna powoduje przesuwanie się jachtu, ale kierunek tego ruchu jest wypadkową sił aero- i hydrodynamicznych, czyli tych, które działają na części nawodną i podwodną jachtu. Wymaga to szczegółowego omówienia, gdyż są to sprawy kluczowe dla zrozumienia całej teorii żeglowania. Na rysunku nr widzimy przyłożoną siłę aerodynamiczną F w środku ożaglowania oraz w podwodnej części kadłuba siłę bocznego oporu Rh jako reakcję na siłę F, gdyż woda, na zasadzie reakcji, stawia przesuwającemu się kadłubowi opór, który nazywamy oporem bocznym. Zastępczą siłę bocznego oporu, będącą sumą wszystkich sił działających na cały kadłub, przykładamy w środku bocznego oporu. Jest ona równa co do wielkości sile powstałej na żaglu, lecz przeciwnie skierowana. Dla ułatwienia rozważań teoretycznych i wyciągania wniosków zarówno sumę sił działających na żagiel, jak i całość powstającej siły bocznego oporu przykładamy w środku ożaglowania i w środku bocznego oporu. Niektóre podręczniki podają sposoby dokładnego określenia ich położenia, ale zależne jest to od tak wielu czynników, że jedynie możemy powiedzieć, iż środek ożaglowania SO znajduje się mniej więcej w środku geometrycznym żagla, a środek bocznego oporu SBO zlokalizowany jest w geometrycznym środku obrysu zanurzonej części jachtu. Teraz musimy zapamiętać, że właśnie w kierunku działania wypadkowej wszystkich sił aero- i hydrodynamicznych porusza się nasz jacht. Koniecznie należy jeszcze omówić problem bocznego oporu, bo jego wielkość ma zasadnicze znaczenie dla poruszania się jachtu w pożądanym kierunku, jeśli musimy płynąć kursami ostrymi, do półwiatru włącznie. Jest rzeczą ciekawą, iż mimo że wiatr spycha nas w kierunku, w którym wieje, my płyniemy np. ostro pod wiatr. Sprawia to właśnie wielkość bocznego oporu. Siła, jaka tutaj powstaje, przeciwdziała nadmiernemu dryfowi, czyli znoszeniu jachtu w bok. Całkowicie dryfu nie da się wyeliminować, ale możemy go zmniejszyć do kilku stopni. W tym celu jachty śródlądowe mają miecz wypuszczaną przez skrzynię mieczową płetwę. Jej jedynym zadaniem jest zwiększenie powierzchni bocznego oporu. Są jachty z tzw. ciężkim mieczem, który łączy zadanie zwiększenia balastu z powiększeniem powierzchni bocznego oporu, ale to już inna sprawa. Zaletą jachtów mieczowych jest możliwość ich podnoszenia przy podchodzeniu do brzegu, a więc zmniejszanie ich zanurzenia możliwość nie do przecenienia w żegludze śródlądowej. Podsumujmy zatem te pozornie zawiłe wywody. Na jacht działają (zob. rysunek ): parcie wiatru na część nawodną i, powstające jako reakcja na to, siły hydrodynamiczne w części podwodnej. W wyniku parcia wiatru na żaglu tworzy się siła aerodynamiczna, skierowana prostopadle do cięciwy żagla. Przykładamy ją w naszych rozważaniach w środku ożaglowania SO, leżącego mniej więcej w środku geometrycznym żagla. W części podwodnej działa siła oporu hydrodynamicznego Rh równa pod względem wielkości sile aerodynamicznej, lecz przeciwnie skierowana. Przykładamy ją w środku bocznego oporu SBO, znajdującego się mniej więcej w środku geometrycznym obrysu zanurzonej części jachtu. Siłę bocznego oporu możemy rozłożyć na składową oporu bocznego i oporu hydrodynamicznego wzdłużnego. W wyniku działania wypadkowej sił aerodynamicznych i hydrodynamicznych nasz jacht porusza się w określonym kierunku. Powstawanie siły aerodynamicznej na żaglu W wyniku parcia wiatru na pracujący żagiel powstaje siła aerodynamiczna zawsze prostopadła do cięciwy żagla, bez względu na kierunek wiatru. W celu zilustrowania powyższej konstatacji możemy posłużyć się przykładem skrzydła samolotu, gdzie przy małym kącie natarcia powstaje siła prostopadła do skrzydła, oraz przykładem spadochronu, gdzie kąt natarcia wynosi 90º, a tworząca się siła jest skierowana też prostopadle do czaszy spadochronu. Żagiel pracuje przy kątach natarcia od 5º do 90º, w zależności od kursu, jakim płyniemy. Kąt natarcia α jest to kąt, pod jakim wiatr naciera na żagiel. Przedstawia to rysunek nr 2. Siłę aerodynamiczną F możemy rozłożyć na dwie składowe: zgodną z kierunkiem ruchu jachtu Fc i prostopadłą do tego kierunku Fp. 25

2 26 Pierwsza z tych sił popycha nasz jacht w pożądanym kierunku, natomiast druga z nich powoduje jego dryf i przechył. Ta ostatnia siła jest szkodliwa dla naszego jachtu i od nas zależy jej zminimalizowanie. Dla osiągnięcia maksymalnej prędkości musimy ustawić żagiel pod optymalnym kątem natarcia względem wiatru. Ten kąt dla kursów od bejdewindu do ostrego baksztagu zawiera się w granicach 2 5º. Oczywiście nie pływamy na łódce z kątomierzem. Istnieje praktyczny sposób na ustawienie żagla, mianowicie luzujemy żagiel do chwili, kiedy zacznie łopotać, i wtedy delikatnie go wybieramy. Prawidłowe ustawienie żagla do pracy, to praca na granicy łopotu. Jeśli znowu lekko wyluzujemy żagiel, to nie będzie on pracował; jeśli zbytnio go wybierzemy w sile aerodynamicznej wzrośnie składowa dryfu i przechyłu, a zmaleje siła ciągu. Ilustruje to rysunek nr 3. Zawietrzność i nawietrzność jachtu Poznaliśmy wcześniej dwa charakterystyczne punkty jachtu: środek bocznego oporu oraz środek ożaglowania. Jacht jest zawietrzny wtedy, gdy bez pracy steru skręca sam z wiatrem. Dziób idzie za wiatrem, czyli jest zawietrzny. Jacht jest nawietrzny, kiedy bez ingerencji steru skręca do linii wiatru. Jeżeli jacht bez ingerencji steru utrzymuje kurs, mówimy, że jacht jest zrównoważony. Kiedy i dlaczego występuje takie zjawisko? Otóż decyduje o tym wzajemne położenie środka ożaglowania i środka bocznego oporu. Jak wynika z rysunku 4., jeśli środek ożaglowania znajduje się przed środkiem bocznego oporu, powstaje para sił obracająca jacht w kierunku zgodnym z wiejącym wiatrem jacht jest zawietrzny. Jeśli środek ożaglowania znajduje się za środkiem bocznego oporu, ta sama para sił powoduje, że jacht skręca w kierunku wiejącego wiatru jacht jest nawietrzny. Jeśli oba środki leżą na jednej linii w pionie, brak wtedy ramienia, więc nie ma też momentu skręcającego jacht jest zrównoważony. Przesuwając świadomie środek ożaglowania, czy też środek bocznego oporu, możemy uzyskiwać pożądany efekt nawietrzności lub zawietrzności. Praca steru Aby na płetwie sterowej wystąpiła jakaś siła skręcająca, trzeba spełnić następujący warunek: jacht musi znajdować się w ruchu. Jeśli wychylimy płetwę sterową w jakimkolwiek kierunku, pojawi się prostopadle do niej skierowana siła. Prześledźmy to na rysunku nr 5. Siłę tę możemy rozłożyć na dwie składowe: siłę skierowaną prostopadle do diametralnej jachtu i siłę w diametralnej jachtu, lecz skierowaną przeciwnie do kierunku jego poruszania się. Ta pierwsza siła powoduje moment skręcający w stronę, w którą wychyliliśmy płetwę sterową. Druga z nich jest siłą hamującą. Stąd nasuwa się wniosek, że optymalne sterowanie otrzymujemy, wychylając płetwę sterową w granicach 25º 40º. Mamy wtedy moment skręcający przy minimalnej 27

3 28 sile hamującej. Płetwa sterowa do pracy powinna być raczej opuszczona w dół, gdyż łatwiej wówczas sterować. Sterem z uniesioną lekko płetwą porusza się bardzo ciężko i grozi nam to utratą panowania nad nim w wypadku dużego przechyłu jachtu. Płetwa po prostu cała wyjdzie z wody. zajmuje się dokładnym opisem danego akwenu oraz jego oznakowaniem nawigacyjnym ze względu na bezpieczeństwo żeglugi. Locję dzieli się na morską i śródlądową. Program dla żeglarzy jachtowych obejmuje wyłącznie locję śródlądową. Prawą stroną szlaku żeglownego lub prawym brzegiem drogi wodnej jest ta strona lub brzeg, które znajdują się na prawo od statku płynącego w dół rzeki. Kierunek i strony szlaku żeglownego na kanałach i jeziorach określają lokalne przepisy żeglugowe. Jeśli takich nie ma, to za prawą stronę szlaku żeglownego należy przyjmować szlak z prawej burty statku, gdy statek płynie ze wschodu na zachód lub z południa na północ. Szczegóły zawierają załączniki do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 28 kwietnia 2003 r. Dziennik Ustaw 22 poz Wykaz wszystkich znaków żeglugowych znajduje się na wkładkach kolorowych przewodnika. Chociaż każda rzeka ma inny charakter, to jednak układ płytkich i głębokich miejsc podlega pewnym prawidłowościom, wspólnym dla każdej dzikiej rzeki. Pas wody, przebiegający zwykle wzdłuż największych głębokości, nazywamy nurtem. Nurt nie biegnie środkiem rzeki, lecz przechodzi od brzegu do brzegu. Rozpędzona woda na zakolu stara się zachować dotychczasowy kierunek i dopiero zagradzający jej drogę brzeg zmusza ją do zmiany kierunku. W ten sposób nurt meandrującej rzeki przenosi się na każdym zakręcie, zwanym zakolem, od brzegu wypukłego do brzegu wklęsłego. Wklęsłość linii brzegowej nazywamy buchtą, a rozciągają- Oznakowanie Znaki nawigacyjne Rzeki, kanały i jeziora, po których odbywa się ruch żeglugowy, są oznakowane tablicami i światłami. Wśród znaków żeglugowych rozróżnia się następujące znaki: zakazu, nakazu, ograniczenia, wskazania oraz pomocnicze informacyjne. Ilustrują je odpowiednie plansze; powinniśmy umieć je rozpoznawać oraz wiedzieć, co one oznaczają. Np. znak informujący o przeprawie promowej musi nam uświadamiać, że prom przesuwa się po linie, która dla nas jest niewidoczna, bo znajduje się pod wodą. Prom, podciągając się na linie, powoduje jej szybkie unoszenie się do góry w kierunku swego poruszania się w danej chwili. Za promem lina opada szybko na dno. Nie próbujmy nigdy, spiesząc się, przepływać przed promem. Do oznaczania trasy szlaku żeglownego i przeszkód żeglugowych na szlaku dróg wodnych stosuje się tablice oraz światła. Wyróżniamy następujące znaki żeglugowe: znaki pływające, wyznaczające kierunek szlaku żeglownego; znaki brzegowe, określające miejsca niebezpieczne szlaku żeglownego oraz położenie szlaku w stosunku do brzegów drogi wodnej; znaki wskazujące przeszkodę na szlaku żeglownym; znaki żeglugowe przejazdów przez budowle wodne; znaki wyznaczające wjazd do portów lub odgałęzień dróg wodnych oraz wyznaczające wjazd na szlak żeglowny jezior i rozlewisk. Oznakowanie granic szlaku żeglownego Prawa strona szlaku Kolor: czerwony Kształt: pława walcowa, pława ze znakiem szczytowym, tyka ze znakiem szczytowym, tyka z wiechą Znak szczytowy: czerwony walec, może być w formie reflektora radarowego Światło: czerwone rytmiczne (rytm dowolny) Lewa strona szlaku Kolor: zielony Kształt: pława stożkowa, pława ze znakiem szczytowym, tyka ze znakiem szczytowym, tyka Znak szczytowy: zielony stożek, może być w formie reflektora radarowego Światło: zielone rytmiczne (rytm dowolny) Znaki rozgałęzienia szlaku Kolor: poziome czerwone i zielone pasy Znak szczytowy: kula z zielonymi i czerwonymi pasami, może być w formie reflektora radarowego Światło: białe izofazowe lub białe migające w grupach (np. z trzech błysków) Znaki żeglugowe umieszczono na kolorowych wkładkach 29

4 30 cą się wzdłuż niej głębię plosem. Po wypukłej stronie koryta, gdzie prąd jest znacznie mniejszy, najłatwiej osadza się piasek niesiony z wodą, tworząc tzw. odsypisko. Odsypisko opada łagodnie w kierunku środka rzeki, natomiast od strony brzegu wznosi się i często porasta roślinnością, przechodząc w trwałe przymulisko. Za plosem między środkiem koryta rzeki, a jej wypukłym brzegiem powstaje ławica. W leżących poza nurtem częściach koryta rzeki tworzą się szybko wędrujące ławice piasku, zwane przykosami. Przykosa kończy się nagłym uskokiem, tzw. kantem. Jest dobrze widoczna wskutek charakterystycznego marszczenia się wody nad kantem i jaśniejszemu jej odcieniowi. Między plosami i miejscami, gdzie woda rozlewa się szeroko, a prąd rzeki słabnie, powstaje płycizna zwana przemiałem. Aby zlikwid ować choć częściowo te niebezpieczeństwa, buduje się system ostróg, opasek, czasami jazów i progów. Ostroga to wybiegający w rzekę prostopadły wąski wał, natomiast opaski wzmocnienia linii brzegowej wzdłuż niej. Na rysunku nr 7 pokazane są ostroga i opaska oraz prom na uwięzi, stanowiący dość duże zagrożenie, jeśli próbujemy przepłynąć przed nim w ostatniej chwili. Mowa jest o tym w zagadnieniu poświęconym locji, przy okazji omawiania stosownego znaku. Na rysunku widać, jak lina ciągnąca znajduje się tuż pod powierzchnią i teraz rozumiemy, jak to jest groźne dla jachtu, który koniecznie chce zdążyć przed promem. W celu spiętrzenia rzek buduje się progi i jazy. Progi to coś w rodzaju dennych tam podnoszących poziom wody, jazy natomiast umożliwiają jej spiętrzenie o minimum m. Pokonanie jazu przez jacht jest niemożliwe, jeśli nie chcemy roztrzaskać statku. Gdy rzeka ma stać się żeglowna, przy jazie trzeba wybudować śluzę. Śluzy stawiamy również wszędzie tam, gdzie łączymy dwa jeziora położone na różnych wysokościach. Na jeziorach mazurskich możemy spotkać się z takim rozwiązaniem na Kanale Jeglińskim, łączącym jeziora Seksty i Roś oraz w Rucianem, gdzie Jezioro Nidzkie jest wyżej położone niż jezioro Bełdany. Na wszystkich spławnych rzekach w Polsce i w Europie spotkamy na szlaku wiele śluz. Jest to urządzenie składające się z właściwej komory, zamkniętej potężnymi wrotami po obu stronach, i urządzeń pozwalających na sterowanie bramami i przepustami wodnymi. Zobaczmy, jak wygląda przeprawa śluzą Guzianka z jeziora Bełdany na Jezioro Nidzkie. Czekamy, aż zapali się podwójne zielone światło, co oznacza, że śluza jest przygotowana na nasze przyjęcie. Wpływamy ostrożnie do niej i... no właśnie, nie próbujmy zacumować jachtu. Do tego celu zwisają tam specjalne grube liny, których musimy się chwycić. Jest to niezbędne, gdyż wpuszczana woda zniosłaby nasz jacht na wrota lub inne jednostki pływające. Nie cumujemy, gdyż w zależności od kierunku płynięcia przemieścimy się kilka metrów w dół lub w górę, więc albo zawiślibyśmy na knagach, albo podtopilibyśmy się. Gdy wszystko jest gotowe, brama się zamyka i rozpoczyna się napuszczanie wody od strony wyższego poziomu. Po napełnieniu się komory do poziomu 3

5 Meteorologia 32 Jeziora Nidzkiego bramę można otworzyć i płynąć w dalszą drogę. Taka przeprawa w pełni sezonu to przeżycie i stres, który pseudożeglarze stwarzają sami sobie. Informacje o tym, jak powinniśmy się zachowywać w takich wypadkach, podane są w poradach w rozdziale III. METEoRoLoGIa Zastosowanie tutaj nazwy meteorologia jest, jeśli chodzi o potrzeby żeglarza jachtowego, terminem użytym mocno na wyrost. Korzystanie z radiowych prognoz pogody ma dla nas znaczenie Skala Beauforta Siła wiatru podana skala i opis zjawisk towarzyszących określonej sile wiatru pomogą nam podjąć decyzję, czy będziemy się refować, czy też przeczekamy trudne warunki przy brzegu. Stopnie Charakterystyka Prędkość wiatru Wzrokowe określenie prędkości Beauforta prędkości wiatru m / s km / h wiatru na otwartej przestrzeni 0 Cisza 0 0,2 Dym unosi się pionowo. Powiew 0,3,5 5 Wiatr unosi smugi dymu. 2 Wiatr stały,6 3,3 6 Wiatr odczuwa się na twarzy, liście drżą. 3 Wiatr łagodny 3,4 5,4 2 9 Wiatr porusza liście drzew. 4 Wiatr umiarkowany 5,5 7, Wiatr porusza gałązki drzew i niesie pył oraz kurz. 5 Wiatr dość silny 8,0 0, Wiatr porusza gałęzie drzew. 6 Wiatr silny 0,8 3, Wiatr porusza duże gałęzie, druty telefoniczne dźwięczą, użycie parasola jest utrudnione. 7 Wiatr bardzo silny 3,9 7, Wiatr porusza mniejsze drzewa, utrudnia ruch. 8 Wiatr gwałtowny 7,2 20, Wiatr porusza większe drzewa, łamie gałęzie, tamuje swobodny ruch. 9 Wichura 20,8 24, Wiatr unosi mniejsze przedmioty, powoduje lżejsze uszkodzenia budynków. 0 Silna wichura 24,5 28, Wiatr wyrywa drzewa, cięższe uszkodzenia budynków. Gwałtowna wichura 28,5 32, Poważne zniszczenia wśród drzewostanu i zabudowań. 2 Huragan powyżej 32,6 powyżej 7 Wiatr powoduje katastrofalne zniszczenia. Meteorologia 33