O que a física está envolvida no trabalho dos veleiros?

2 semanas ago
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“Este é o dia que você sempre se lembrará como o dia em que você  quase  pegou o Capitão Jack Sparrow.”

As pessoas às vezes associam a vela com o peculiar e excêntrico Jack Sparrow de Piratas do Caribe . Ele é sem dúvida um dos mais populares personagens de ficção de fantasia do século 21 .

A série de filmes ostentava uma série de criaturas incomuns e sujas, mas uma coisa que chamava a atenção de todos eram os gigantescos veleiros que se moviam pela água tão suave e habilmente. Obviamente, pode-se imaginar como esses barcos bizarros, mas de aparência majestosa, realmente funcionam, apesar de não terem um motor funcionando.

Antes de saltar para a física por trás da vela, vamos estabelecer um breve histórico de veleiros.

O que exatamente são veleiros?

Os veleiros são uma das formas mais antigas de transporte, e a invenção / domínio desses barcos sem combustível é uma parte extremamente significativa da história humana. Os veleiros marcaram o início do ser humano capaz de domar e controlar os ventos para atender às suas necessidades. Os egípcios usaram os veleiros em 4000 aC. Naquela época, os barcos consistiam apenas de uma simples vela de pano em troncos de madeira. Desde então, no entanto, eles evoluíram e desempenharam um papel integral na formação da história do mundo. Os veleiros foram usados ​​agressivamente para conquistar terras, descobrir novos lugares, combater guerras e realizar atos de pirataria. A vela também foi listada como um esporte olímpico desde 1900.

Simplificando, veleiros são barcos que são impulsionados pelo vento quando sopra em um conjunto de velas em forma de barbatana.

Partes de um veleiro

Um veleiro é composto por oito partes principais. O casco, quilha, leme, leme, lança, lança, vela grande e mastro.

O casco é o corpo principal de um veleiro e abriga os principais componentes do barco. Veleiros modernos têm motores ligados à popa para impulsionar o barco quando não há vento. Um leme está ligado ao leme. O leme é uma alavanca usada para dirigir o barco. O leme está sempre submerso na água. Quando um veleiro está em operação, o mecanismo de direção é controlado pela dupla leme-leme. A direção do movimento do leme depende do leme, que por sua vez facilita a mudança de direção do barco.

O movimento de um veleiro pode ser atribuído à vela principal e à quilha. Estes são os motores do veleiro. Mainsails são de forma triangular e capturam a maior parte da energia eólica necessária para impulsionar o barco. A quilha, por outro lado, é responsável por manter o equilíbrio e garantir que o barco não tombe.

O mastro é uma haste vertical que sustenta a vela mestra. Da mesma forma, a lança suporta a vela grande horizontalmente. Um veleiro também tem uma vela secundária chamada jib, que é uma versão em miniatura da vela principal. O jib oferece energia eólica extra para que o barco possa atingir velocidades mais altas.

Agora que podemos imaginar um veleiro e entender suas partes fundamentais, vamos dar uma olhada no aspecto principal deste artigo, ou seja, a física envolvida em navegar por um!

Física envolvida no trabalho de veleiros.

A física por trás da vela é muito interessante, pois os veleiros não exigem que o vento sopre de trás para se mover. É realmente possível que o barco avance mesmo que o vento esteja soprando pelos lados. Como isso funciona?

Isto é atribuído a um conceito de física muito popular chamado elevação aerodinâmica.

Quando o vento sopra contra um corpo ou um objeto, ele se move no sentido horário, mas também volta para cima. Pense em uma bandeira montada em um veículo em movimento. Você pode ver que continua batendo para frente e para trás, mesmo que o vento esteja soprando diretamente sobre ele. Isso ocorre porque a força fornecida pelo vento tem dois componentes. Um componente para a frente e um lateral. Agora, a direção real do movimento dependerá da direção da força resultante dos dois componentes. No caso de um veleiro, o movimento lateral é indesejável. O objetivo é maximizar a força na direção para frente tanto quanto possível. A quilha fornece uma força oposta para resistir ao movimento lateral. Como mencionado acima, a vela e a quilha são os componentes responsáveis ​​pelo movimento do veleiro.

Agora, imagine que você está tentando navegar contra o vento vindo da esquerda sobre a parte dianteira do casco. O vento enche a vela na forma de uma asa.

Vista superior de um veleiro

As velas empregam um conceito usado no projeto de asas de avião. A vela toma a forma de um aerofólio, de tal forma que a elevação aerodinâmica da vela é facilitada. Já que a vela é presa nas duas extremidades, o vento não consegue empurrá-la para fora do caminho. Mesmo assim, o vento deve escolher um caminho, então ele levará aquele com a menor resistência ao seu fluxo. Este caminho será paralelo ao da vela. Combinando a força na vela e a força na quilha, as forças laterais se cancelam e a força total no veleiro é apenas na direção para frente. Como resultado, o barco avança! Basicamente, as velas podem ser consideradas como o conjunto de direção dos barcos, permitindo que o barco seja manobrado em qualquer direção em relação ao vento.

Alguns veleiros podem até se mover mais rápido que o próprio vento. Ao navegar na direção do vento, a velocidade resultante do vento atuando nas velas é maior que a velocidade real do vento. Isso cria uma grande força nas velas que pode empurrar os veleiros mais rápido que a velocidade real do vento. Isso parece viável na teoria, mas praticamente não é possível atingir essas velocidades. O atrito (atrito) sempre existirá entre o barco e a água, o que limita as velocidades que um veleiro pode alcançar.

Assim, em conclusão, a navegação envolve muito mais do que um barco impulsionado por um par de bandeiras de formato incomum. Pode ser considerado como uma habilidade adquirida que requer considerável compreensão do vento e de seu comportamento.

Referências:

  1. MIT
  2. Universidade do Colorado
  3. Universidade de Nova Gales do Sul
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