Αρχική > Αθλητικά > Πως λειτουργεί το πανί?

Πως λειτουργεί το πανί?

Απρίλιος 25, 2013 Σχολιάστε Go to comments

Ας δούμε συνοπτικά πως λειτουργούν τα σκάφη με πανιά και γενικά των πλεούμενων που κινούνται με την βοήθεια του ανέμου.

Για να κατανοηθεί καλύτερα ο τρόπος που λειτουργεί το πανί ας δούμε πως πετάει ένα αεροπλάνο. Για να κρατηθεί στον αέρα και σε σταθερό ύψος ένα αεροπλάνο πρέπει προφανώς να υπάρχει μία δύναμη που θα εξουδετερώνει το βάρος του. Να εφαρμόζεται δηλαδή στο κέντρο βάρους του και να είναι ακριβώς ίση και αντίθετη με αυτό. Αν η δύναμη αυτή είναι μεγαλύτερη από το βάρος του το αεροπλάνο έλκεται προς τα άνω με τη διαφορά τους και ανεβαίνει και αν είναι μικρότερη συμβαίνει το αντίθετο και χάνει ύψος, δηλαδή κατεβαίνει.

Τη δύναμη αυτή είναι γνωστό ότι τη δημιουργούν οι πτέρυγες του αεροπλάνου όταν αυτό κινείται. Mε τον ίδιο ακριβώς τρόπο λειτουργούν και τα ιστία σε ένα ιστιοπλοϊκό σκάφος.

Αν φανταστούμε το σχ. 1 σαν ένα αεροπλάνο που πετάει σε σταθερό ύψος και με σταθερή ταχύτητα, τότε επενεργούν επάνω σ’ αυτό οι δυνάμεις Β και Α που είναι το Βάρος του και η Άντωση που το εξουδετερώνει, και οι Ε και T που είναι η έλξη του κινητήρα και η αντίσταση, ίσες και αντίθετες επίσης.

Αν κάνουμε μία εγκάρσια τομή σε μία πτέρυγα, η τομή αυτή θα εμφανιστεί όπως τα δύο  σχήματα 1 και 2. Στα σχήματα αυτά, που τα ονομάζουμε αεροτομές, παρατηρούμε ότι το επάνω μέρος της πτέρυγας παρουσιάζει καμπυλότητα που μας θυμίζει το πανί όταν είναι φουσκωμένο από τον αέρα. Το άνυσμα v στο πρώτο σχήμα δείχνει την κατεύθυνση του αέρα όταν κινείται το αεροπλάνο προς τα εμπρός.

Ο αέρας χτυπάει την πτέρυγα από αριστερά (χείλος προσβολής) και ρέει προς τα δεξιά (χείλος εκφυγής ονομάζεται το δεξιό άκρο), όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Λόγω της καμπυλότητας της πτέρυγας στο επάνω μέρος της, η ταχύτητα της ροής του αέρα αυξάνεται. Η αύξηση της ταχύτητας του αέρα συνοδεύεται από μείωση της πίεσης. Δημιουργείται δηλαδή υποπίεση στο άνωθεν μέρος της πτέρυγας που την έλκει προς τα επάνω. Την εξήγηση του φαινομένου αυτού μας την έχει δώσει ο Daniel Bernoulli, φυσικός που ασχολήθηκε με τη μηχανική των ρευστών, ο οποίος εξέφρασε και περιέγραψε βασικές αρχές που χαρακτηρίζουν τη ροή τους. Το ρευστό εδώ είναι ο αέρας.

Ο Daniel Bernoulli περιέγραψε πως η συνολική πίεση παραμένει σταθερή, ορίζοντας έτσι το άθροισμα της στατικής και της κινητικής ή δυναμικής πίεσης. Αυτό είναι μια άλλη έκφραση της αρχής διατήρησης της ενέργειας. Δηλαδή η ολική ενέργεια είναι το άθροισμα της κινητικής συν την δυναμική όπου αυτό το άθροισμα παραμένει σταθερό.

Με βάση αυτήν την αρχή λειτουργεί και η πτέρυγα κατά το έργο της να δημιουργεί την άντωση. Η αεροτομή λειτουργεί σαν ένας ασύμμετρος στενωμένος σωλήνας στον οποίο από την επάνω πλευρά του εμποδίου ο αέρας επιταχύνει προκαλώντας μειωμένη πίεση στην επάνω πλευρά της πτέρυγας με βάση την αρχή του Bernoulli.

Το αποτέλεσμα της επιτάχυνσης του αέρα στην επάνω επιφάνεια της πτέρυγας, δημιουργεί τη διαφορά πίεσης μεταξύ της άνω και κάτω επιφάνειας και αυτή η διαφορά τους δημιουργεί την άντωση.

Αν φέρετε στο μυαλό σας το παράδειγμα ενός σωλήνα που σε ένα σημείο είναι στενότερο και υπάρχει ροή αέρα μέσα σ’ αυτόν,  όπως δείχνει το σχήμα 3,  όταν ο αέρας αναγκαστεί να περάσει από το στενότερο κομμάτι, τότε επιταχύνει σ’ αυτό το σημείο. Και αν μετρήσουμε την πίεση στο σημείο αυτό της επιτάχυνσης τότε θα δούμε ότι είναι μικρότερη από ότι στον ευρύτερο σωλήνα. (στο σχήμα 3 δηλαδή έχουμε V1 μικρότερο του V2 και P1 μεγαλύτερο του P2, όπου V και P είναι οι ταχύτητα και η πίεση).

Το μέγεθος της άντωσης που δημιουργείται, είναι η διαφορά της ατμοσφαιρικής πίεσης μεταξύ της άνω και κάτω επιφάνειας της πτέρυγας, όπως ήδη σημειώσαμε και εξαρτάται από την πυκνότητα του αέρα και την ταχύτητά του. Η αύξηση της ταχύτητας του αέρα εξαρτάται από την καμπυλότητα του άνω μέρους της πτέρυγας που μπορούμε να αυξομειώνουμε αλλάζοντας τη γωνία με την οποία προσκρούει ο αέρας στην πτέρυγα (γωνία προσβολής) με τη χρήση του πηδαλίου ύψους-βάθους, με το οποίο ανεβάζουμε ή κατεβάζουμε την ουρά του.

Αν φανταστούμε το πανί του ιστιοπλοϊκού σαν μία πτέρυγα αεροπλάνου, με το κατάρτι επάνω στο οποίο είναι στηριγμένο το πανί σαν το χείλος προσβολής της και το τελείωμά του στην άκρη του οποίου είναι δεμένη η σκότα σαν το χείλος εκφυγής της, τότε τη δουλειά που κάνει στο αεροπλάνο το πηδάλιο ύψους-βάθους, εδώ την κάνουμε με τη σκότα. Μαζεύοντας ή λασκάροντας τη σκότα, αυξάνουμε ή μειώνουμε τη γωνία που χτυπάει ο αέρας στο πανί. Αυτό βέβαια στην περίπτωση που ακολουθούμε μια σταθερή πορεία. Είναι κατανοητό ότι αυτή τη γωνία μπορούμε να την αλλάζουμε και με το πηδάλιο μόνο. Αλλάζοντας πορεία προς τον αέρα χωρίς να πειράξουμε τη σκότα, η γωνία προσβολής άρα και η καμπυλότητα που δημιουργείται και συνακόλουθα η άντωση μειώνονται και κάνοντας το αντίθετο αυτά αυξάνονται.

Αν μεγαλώσει πέρα από ένα όριο η γωνία που προσκρούει ο αέρας στην πτέρυγα, η ομαλή ροή του  αέρα αρχίζει να καταστρέφεται, δημιουργούνται στροβιλισμοί και τελικά η άντωση μηδενίζεται και αρχίζει το αεροπλάνο να πέφτει ελεύθερα, με το βάρος του. Τότε λέμε ότι απώλεσε τη στήριξή του, δηλαδή «στολλάρισε». Το ίδιο ακριβώς μπορεί να συμβεί και με το πανί αν δεν είναι σωστά φουσκωμένο. Αν δηλαδή η γωνία προσβολής του αέρα αυξηθεί περισσότερο από το κανονικό, τότε στροβιλίζεται ο αέρας στην καμπύλη επιφάνεια, δεν έχουμε ομαλή ροή του και η άντωση μηδενίζεται ή όπως λέμε στoλλάρει το πανί. Ή αν ελαττωθεί περισσότερο του κατάλληλου, μειώνεται προοδευτικά η καμπυλότητά του στην υπήνεμο επιφάνεια και προοδευτικά, επίσης μειώνεται η άντωση μέχρι να μηδενιστεί.

sailing-info.gr
Advertisements
Κατηγορίες:Αθλητικά
  1. Δεν υπάρχουν σχόλια.
  1. No trackbacks yet.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: