LA FISICA IN BARCA A LA FISICA IN BARCA A VELAVELA

IndiceIndiceNomenclatura e nodi Cati, Gianotti, Gori, Pippi Cati, Gianotti, Gori, Pippi

Equilibrio e galleggiamento Amerighi, Guazzini, Pacini, Scarselli, Amerighi, Guazzini, Pacini, Scarselli, XieXie Il vento sulle vele

Cafissi, Cambini, Carmagnini, Degl’InnocentiCafissi, Cambini, Carmagnini, Degl’Innocenti

Manovre, andature , , precedenzeprecedenze De Salvo, Masi, Scipioni, StefanoniDe Salvo, Masi, Scipioni, Stefanoni

Portanza e resistenza

Falconi, Guernieri, Tempesti, TuranoFalconi, Guernieri, Tempesti, Turano

Nomenclatura e nodi

La barca a vela è un tipo di imbarcazione la cui propulsione è affidata principalmente al vento.Il vero motore di questa imbarcazione è la vela, che trasforma la forza del vento in spinta sullo scafo.Ogni vela ha il proprio centro di pressione; ogni imbarcazione ha il proprio centro velico (CV), che è il punto di applicazione della forza risultante di tutte le forze del vento che agiscono su ogni vela. Il Centro velico non ha una posizione fissa, ma si sposta a seconda delle manovre: dalla sua posizione dipendono l’equilibrio e la stabilità dell’imbarcazione. Le barche a vela possono essere monoscafo o multiscafo: se a due scafi sono dette catamarani, se a tre trimarani.Le barche a vela si possono distinguere in:- derive, piccole barche da diporto tra i 2 ed i 6 metri, non abitabili e senza motore. Queste Si dividono in derive da regata o diporto e derive da passeggiata nautica.- barche a chiglia, dotate di una chiglia appesantita, attrezzate per un viaggio ed una permanenza più lunghi.

Prua: parte anteriore della barca. Poppa: parte posteriore della barca. Scafo: si suddivide in prua e poppa. Coperta: parte calpestabile della barca. Timone: strumento grazie al quale la barca può girare a destra e a sinistra. Deriva: protuberanza fissa o mobile, che impedisce che la barca si muova trasversalmente. Randa: vela principale. Fiocco: vela secondaria situata in prua. Albero: lungo tubo di legno che si sviluppa verticalmente, vi sono agganciate le vele e vi è

collegato il Boma. Boma: parte mobile che permette il cambio di mure, a cui sono agganciate la randa e l’albero. Mure: lato dal quale una barca a vela riceve il vento. Balumina: lato opposto a quello inferitura. Inferitura: lato della vela che va dall’angolo di penna all’angolo di mura. Sartia: cavi fissi disposti lateralmente verso poppa usati come risposta all’albero.

ALBERO

FIOCCO

BOMA

RANDA

PRUA

TIMONE

POPPA

DERIVA

VANG

Il nodo consiste in uno o più avvolgimenti e ripiegature successive di una spira di corda sulla corda stessa o intorno ad un'altra corda o ad un oggetto.

I nodi sono stati storicamente suddivisi in categorie in base principalmente a due parametri: le loro caratteristiche meccaniche peculiari e la loro adattabilità ad un determinato uso. Le categorie principali nelle quali avviene la suddivisione sono:

nodi di arresto: utilizzati per arrestarne la corsa ed impedirne la fuoriuscita dalla sua sede;

nodi di giunzione: eseguiti in contemporanea su due corde servono a congiungerle temporaneamente;

nodi di avvolgimento: servono ad assicurare una corda ad un oggetto o ad una corda precedentemente tesa e sono eseguiti avvolgendo la corda direttamente sull'oggetto.

nodi autobloccanti: Sono nodi che vengono utilizzati per collegare due corde, in modo che una scorra sull'altra e che possa frenarsi o rallentarsi se sottoposta ad un carico.

nodi di accorciamento: hanno la funzione di accorciare una corda lunga, anche di svariati metri, con l'evidente vantaggio di non doverla tagliare.

Il nodo piano è uno dei più comuni e semplici nodi di giunzione. È usato generalmente per unire due corde di uguali dimensioni.

Il nodo savoia (o nodo a otto, nodo d'arresto, nodo d'amore, o semplicemente savoia) appartiene alla categoria dei nodi d'arresto. Questo tipo di nodo può essere eseguito su qualsiasi tipo di corda, anche se può presentare qualche problema con le cime elastiche in caso di cicli di carico e scarico a bassa tensione. Sicuramente è il più famoso nodo d'arresto, grazie soprattutto al pregio di non stringersi eccessivamente e di non usurare o indebolire il cavo.

La gassa d'amante (o nodo di Bulin, nodo bolina, nodo bulino, cappio del bombardiere, o semplicemente gassa) Questo tipo di nodo può essere eseguito su qualsiasi tipo di corda ma può presentare qualche problema con le cime elastiche in caso di cicli di carico e scarico a bassa tensione. Il pregio principale di questo nodo è che anche se molto sicuro, può essere sciolta facilmente, anche quando la corda è bagnata. Può essere velocemente eseguito anche solamente con una mano, e, quindi in condizioni d'emergenza e di maggior difficoltà. La gassa d'amante, come gli altri nodi ad occhiello, può essere fatto per essere successivamente passato sopra un oggetto come una bitta. Ma diversamente da molti altri nodi ad occhiello, la gassa permette che il corrente passi attraverso un anello prima che il nodo sia legato.

Questo nodo deve il suo nome al fatto di essere stato inventato da un inglese. Il nodo Inglese (o nodo d'acqua e/o nodo del pescatore) e un nodo di giunzione che viene solitamente eseguito su lenze, spaghi e cavi di piccolo diametro. Difficilmente trova impiego nella nautica, in quanto l'esecuzione su cavi di grosso e medio diametro renderebbe il nodo meno resistente del cavo e quindi non utilizzabile. Il Nodo Inglese consiste in due nodi semplici intrecciati che fanno forza l'uno su l'altro.

Assuccare: Stringere un nodo ( mettere in tensione una manovra o un cavo in bando) Bozzello: è sinonimo di carrucola. Il bozzello semplice serve per modificare la direzione

con cui si muovono i cavi. I bozzelli multipli, invece, uniti ad altri bozzelli formano i paranchi.

Paranchi: sistemi di funi che richiedono una minor applicazione di forza per vincere alcune resistenze.

Cavo: Corda o fune. Cima: Fune di media lunghezza. Collo: un giro completo di un cavo attorno ad un oggetto. Commettitura: operazione di torsione dei legnuoli che uniti formano un cavo. Doppino: ripiegamento di un cavo su se stesso. Gomena: Cavo con un lungo diametro. Impiombatura: Unione di due cavi ottenuta intrecciando i legnuoli. Impalmatura: legatura effettuata grazie ad uno spago messo all'estremità dei cavi

affinchè non si sciolgano. Intugliatura: unione di due cavi grazie a nodi di giunzione. Legnuolo: Due o più filati uniti per torcitura (dall'unione di questi si ottiene un cavo)

La rosa dei venti è la rappresentazione schematica dei punti cardinali: nord, sud, est ed ovest e delle direzioni da questi determinate.

La rosa dei venti più semplice è quella a 4 punte formata dai soli quattro punti cardinali:

Nord (N 0°) anche detto settentrione o mezzanotte. Est (E 90°) anche detto oriente o levante. Sud (S 180°) anche detto meridione. Ovest (W 270°) anche detto occidente o ponente. Tra i quattro punti cardinali principali si possono fissare 4

punti intermedi

Realizzato da…Silvia Gianotti Laura Gori

Viola Pippi

Margherita Cati

indice

Le principali manovre in una barca Le principali manovre in una barca a vela sono:a vela sono:

Orzata Virata

PoggiataStrambata

indice

Modifica di rotta verso il vento. Modifica di rotta verso il vento. Avvicinare la prua alla direzione del ventoAvvicinare la prua alla direzione del vento

L’orzata si ha quando dall’andatura in poppa si L’orzata si ha quando dall’andatura in poppa si passa all’andatura di Gran Lasco per poi passa all’andatura di Gran Lasco per poi arrivare alla bolina.arrivare alla bolina.

Si porta la prua della barca verso la direzione del Si porta la prua della barca verso la direzione del vento, spingendo la barra del timone sottovento vento, spingendo la barra del timone sottovento verso le vele.verso le vele.

Per mantenere la velocità della barca è necessario che Per mantenere la velocità della barca è necessario che dopo l’azione del timone le vele siano cazzate.dopo l’azione del timone le vele siano cazzate.

Durante l’orzata è possibile cambiare la posizione del Durante l’orzata è possibile cambiare la posizione del centro velico, oltre che col timone e con l’azione centro velico, oltre che col timone e con l’azione delle vele, con lo spostamento dell’equipaggio.delle vele, con lo spostamento dell’equipaggio.

Per sempre me ne andrò per questi lidi,Tra la sabbia e la schiuma del mare.L'alta marea cancellerà le mie impronte,E il vento disperderà la schiuma.Ma il mare e la spiaggia dureranno In eterno. (Kahlil Gibran, 1926)

Manovre

E’ la manovra di cambio di direzione che si effettua portando E’ la manovra di cambio di direzione che si effettua portando la prua in direzione del vento, stringendo l'angolo di la prua in direzione del vento, stringendo l'angolo di bolinavento sul bordo opposto e conseguente cambio delle bolinavento sul bordo opposto e conseguente cambio delle mure delle vele con orientamento al nuovo angolo di mure delle vele con orientamento al nuovo angolo di provenienza del vento.provenienza del vento.

Siamo in andatura di bolina ad esempio con mure a sinistra Siamo in andatura di bolina ad esempio con mure a sinistra Portiamo la barra del timone sottovento: la prua comincia ad Portiamo la barra del timone sottovento: la prua comincia ad

avvicinarsi alla direzione del vento. Laschiamo il fiocco e poi avvicinarsi alla direzione del vento. Laschiamo il fiocco e poi leggermente la randa.leggermente la randa.

La barca si trova ora controvento e le vele sbattono. Continuiamo La barca si trova ora controvento e le vele sbattono. Continuiamo a tenere la barra sottovento…;a tenere la barra sottovento…;

Siamo di bolina con le mure contrarie e rimettiamo la barra del Siamo di bolina con le mure contrarie e rimettiamo la barra del timone al centro per non poggiare: cazziamo le vele e timone al centro per non poggiare: cazziamo le vele e continuiamo di bolina mure a dritta. continuiamo di bolina mure a dritta.

I principali errori della virata possono essere:I principali errori della virata possono essere: Non aver dato alla barca una velocità Non aver dato alla barca una velocità

sufficiente all’inizio della virata;sufficiente all’inizio della virata; Fiocco mollato troppo presto;Fiocco mollato troppo presto; Azione insufficiente del timone;Azione insufficiente del timone; Manovre eseguite troppo bruscamente in Manovre eseguite troppo bruscamente in

relazione alla velocità e alla forza del vento;relazione alla velocità e alla forza del vento;

 

Gli occhi fissati in quel lembo di luna rilucente a fili d'acqua portano la mente a ricordare. Antichi ma vivi sono i palpiti d'amore la voce si fa lieve nel rimembrare un grido sulla pelle ricama nuove emozioni. Trame tessute su corpi nudi avvolti in lenzuola di sabbia inventano l'alba di un nuovo giorno. Onde impazzite nel mare inseguendosi cancellano ciò che la mente non riesce a fare.

Manovre

Modifica della rotta per allontanarsi dalla direzione Modifica della rotta per allontanarsi dalla direzione del vento fino a quando inizia l’abbattuta.del vento fino a quando inizia l’abbattuta.

Per eseguire una poggiata l’equipaggio non deve Per eseguire una poggiata l’equipaggio non deve occuparsi solo del timone ma anche delle scotte occuparsi solo del timone ma anche delle scotte filando quella della randa in maggior misura e filando quella della randa in maggior misura e prima di quella del fiocco.prima di quella del fiocco.

In una poggiata la randa troppo cazzata fa In una poggiata la randa troppo cazzata fa sbandare la barca con il rischio di rovesciarla,e sbandare la barca con il rischio di rovesciarla,e obbliga il timoniere ad un forte sforzo sul obbliga il timoniere ad un forte sforzo sul timone, quindi si deve lascare le vele.timone, quindi si deve lascare le vele.

La vela che porta alla poggiata è il fiocco.La vela che porta alla poggiata è il fiocco.Nella poggiata è determinante l’azione Nella poggiata è determinante l’azione

dell’equipaggio dato che per eliminare l’azione dell’equipaggio dato che per eliminare l’azione frenante del timone l’equipaggio deve occuparsi frenante del timone l’equipaggio deve occuparsi del centro velico.del centro velico.

Silenziosa e leggera ti fai sospingere dalla leggera brezza della sera. Solchi i mari sembri quasi trasparente sospesa sull'acqua. Solo un leggero fruscio accompagna il tuo viaggio nella calma del tramonto. Sei come la mia vita persa nel mare della mia solitudine.

Manovre

Abbattuta o Strambata

Una barca inizia l'abbattuta dal momento in cui, col vento in poppa, la base della sua randa taglia la linea mediana dell’imbarcazione, e termina l'abbattuta quando la randa si è riempita sull'altro bordo.

Siamo in andatura di poppa ad esempio con mure a sinistra (fig.1).

Portiamo la barra del timone sopravento: la prua comincia ad allontanarsi dalla direzione del vento.

Portiamo la randa in centro barca (fig.2) e facciamola passare alla parte opposta. Teniamo ancora un po’ la barra sopravento.

La barca si trova ora in poppa mure a dritta (fig.3) e le vele sono lascate. Portiamo subito la barra in centro per non cominciare a orzare.

W

1

2

3

Il mare gioca con gli scogli e li accarezza dolcementeoppure si abbatte su di loro con forza e li plasma a suo volere …

Manovre

La barca che utilizza le vele come mezzo di La barca che utilizza le vele come mezzo di locomozione ha la precedenza sulle barche a locomozione ha la precedenza sulle barche a motore.motore.

La barca a vela e le barche a motore devono La barca a vela e le barche a motore devono dare sempre precedenze a tutte le dare sempre precedenze a tutte le imbarcazioni a lavoro.imbarcazioni a lavoro.

Tra barche a vela ha la precedenza quella con Tra barche a vela ha la precedenza quella con le mure a dritta.le mure a dritta.

Tra barche a vela con le stesse mura ha Tra barche a vela con le stesse mura ha sempre la precedenza quella che si trova sempre la precedenza quella che si trova sottovento.sottovento.

Dolci silenzi mi accompagnano mentre lo sguardo del mare arricchisce il cuore, libera la mente. Parole incise in un diario fanno da eco fra le onde, sembrano perdersi oltre le nuvole là dove l'orizzonte apre all'infinito. Il vento modula suoni con la luce non spegne il suo soffio, tarda a morire, si confonde in volo con ali di gabbiani. Sotto la pelle ambrata caldo scorre il sangue pulsa nelle vene e tutto si fa memoria.

Lara Stefanoni

Giulia Di Salvo

indice

Le andature

Simone Masi Simone Masi

Lisa ScipioniLisa Scipioni

Sempre il mare, uomo libero, amerai! Perché il mareè il tuo specchio; tu contempli nell’infinito svolgersi dell’onda l’anima tua, e un abisso è il tuo spirito nonmeno amaro. Charles Baudelaire

Si definiscono Si definiscono andatureandature i diversi i diversi modi di avanzare che modi di avanzare che un'imbarcazione a vela assume un'imbarcazione a vela assume rispetto alla direzione del vento.rispetto alla direzione del vento.

Le andature che una barca può tenere Le andature che una barca può tenere sono:sono:

Andature contro il vento:Andature contro il vento:• La La bolinabolina è un'andatura che è un'andatura che

consente alla barca a vela di consente alla barca a vela di risalire il vento mantenendo risalire il vento mantenendo un angolo con il vento reale un angolo con il vento reale mediamente tra i 60° e i mediamente tra i 60° e i 37°. Questo angolo è 37°. Questo angolo è variabile a seconda del tipo variabile a seconda del tipo di imbarcazione e al tipo di di imbarcazione e al tipo di invelatura che essa invelatura che essa supporta.supporta.La bolina si distingue, quindi La bolina si distingue, quindi in: in:

• bolina strettabolina stretta (40 - 45 gradi (40 - 45 gradi al vento reale) al vento reale)

• bolina largabolina larga (45 - 55 gradi al (45 - 55 gradi al vento reale ) vento reale )

Bolina: Bolina: la freccia azzurra la freccia azzurra indica la spinta laterale indica la spinta laterale generata dalla depressione generata dalla depressione sul lato sottovento della vela; sul lato sottovento della vela; tale spinta può essere tale spinta può essere scomposta in due vettori, scomposta in due vettori, quello nero, che viene quello nero, che viene annullato dalla resistenza annullato dalla resistenza uguale e contraria generata uguale e contraria generata dalla deriva immersa dalla deriva immersa nell'acqua, e quello blu, che è nell'acqua, e quello blu, che è la risultante spinta la risultante spinta all'avanzamento della barca a all'avanzamento della barca a velavela

Andatura al traverso:Andatura al traverso:

1.1. Il Il traverso traverso è un tipo di è un tipo di andatura caratterizzata andatura caratterizzata dal fatto che il vento ha dal fatto che il vento ha una direzione una direzione perpendicolare a quella perpendicolare a quella della barca (90°).della barca (90°).

Vedi Vedi barca rossabarca rossa a a fiancofianco

Andature portanti:Andature portanti:1.1. Il Il lascolasco è un’andatura è un’andatura

intermedia tra il traverso intermedia tra il traverso e la poppa caratterizzato e la poppa caratterizzato dal fatto che il vento soffia dal fatto che il vento soffia di lato all’imbarcazione di lato all’imbarcazione (100°- 130° ).(100°- 130° ).

2.2. Il Il gran lascogran lasco (o di buon (o di buon braccio) per il vento che braccio) per il vento che proviene una quarta fino a proviene una quarta fino a due quarte * (150°). due quarte * (150°).

* La direzione del vento * La direzione del vento viene indicata viene indicata convenzionalmente in convenzionalmente in quartequarte, che forniscono , che forniscono un'indicazione un'indicazione immediatamente immediatamente comprensibile al comprensibile al conduttore della barca e conduttore della barca e ai marinai delle ai marinai delle regolazioni da effettuare regolazioni da effettuare sulle vele. sulle vele.

Andature in poppa:Andature in poppa:1.1. al al giardinettogiardinetto per il vento per il vento

proveniente tra le due e le proveniente tra le due e le quattro quarte da poppa. quattro quarte da poppa.

2.2. in in poppapoppa detto anche in fil di detto anche in fil di ruota, per il vento parallelo al ruota, per il vento parallelo al piano longitudinale piano longitudinale dell'imbarcazione. In questa dell'imbarcazione. In questa andatura l'imbarcazione andatura l'imbarcazione procede nella stessa (o procede nella stessa (o quasi) direzione del vento. quasi) direzione del vento. Quest‘ andatura è Quest‘ andatura è estremamente pericolosa in estremamente pericolosa in quanto un rapido cambio quanto un rapido cambio della direzione del vento può della direzione del vento può far strambare senza far strambare senza preavviso. preavviso.

Mure a dritta e mure a Mure a dritta e mure a sinistrasinistra

1.1. Mure a dritta:Mure a dritta: quando quando il vento soffia dal lato il vento soffia dal lato destro e le vele si destro e le vele si trovano quindi a sinistra trovano quindi a sinistra dell'asse longitudinale dell'asse longitudinale della barca della barca

2.2. Mure a sinistra:Mure a sinistra: quando il vento soffia dal quando il vento soffia dal lato sinistro e le vele si lato sinistro e le vele si trovano quindi a destra trovano quindi a destra dell'asse longitudinale dell'asse longitudinale della barca della barca

indice

Equilibrio e Equilibrio e Galleggiamento Galleggiamento

Isabella ScarselliIsabella ScarselliFrancesca XieFrancesca XieMartina PaciniMartina PaciniLinda GuazziniLinda GuazziniElisa AmerighiElisa Amerighi

Ci sono diversi strati d’acqua che influiscono sull’avanzamento dello scafo: il primo strato aderisce alla parte inferiore della barca, il secondo strato più esterno allo scafo comincia a scorrere sul primo. Il terzo strato scorre più velocemente sul secondo. Il quarto scorre ancora meglio sul terzo fino a che l’ultimo strato riesce finalmente a staccarsi dall’acqua circostante. Il flusso laminare è formato da questi strati che scivolano l’uno sull’altro.

Quando la velocità dello scafo aumenta, il movimento laminare di questi strati diventa sempre più turbolento.

Per far scivolare meglio la barca sull’acqua, si cerca di ridurre la parte immersa dello scafo.

La resistenza dello scafoLa resistenza dello scafo

Quando la velocità è bassa, lo scafo viene maggiormente influenzato dalla forza d’attrito. A mano a mano che si aumenta la velocità entra in gioco una nuova resistenza dovuta alle onde formatesi dallo sforzo dello scafo per aprirsi la strada nell’acqua.

Quando è sotto l’azione del vento, la barca a vela tende a scarrocciare di traverso cioè a spostarsi lateralmente.

Quando la barca aumenta di velocità, le onde trasversali sono più lunghe e più alte e quando lo scafo ha la sua massima velocità, viene sostenuto da una sola onda che ha una cresta sotto la poppa e l’altra sotto la prua. L’opera viva è la parte dello scafo sotto l’acqua che influisce sul galleggiamento. L’opera morta è la parte fuori dall’acqua. Se uno scafo è ulteriormente immerso, la spinta che lo riporta in superficie è in relazione al volume dell’opera viva più quello dell’opera morta.

Stabilità dello scafoLa stabilità è un elemento importante di sicurezza ed è la capacità di opporsi al capovolgimento, provocato dal vento e dal moto ondoso. Si ha stabilità di forma quando gli scafi sono pieni e con una forma arrotondata e stabilità di

peso grazie alle zavorre (pesi che servono per impedire il ribaltamento) poste nella chiglia. In entrambi i casi la stabilità dipende dalla posizione di due

importanti punti dell’imbarcazione: il centro di gravità e il centro di spinta.• Il centro di gravità è il punto di applicazione della risultante dei vari pesi

che compongono il carico. • Il centro di spinta punto d’applicazione della risultante di tutte le forze che

la spinta dell’acqua esercita sullo scafo. (Spinta di Archimede) Il peso agisce sul centro di gravità (G) e la spinta di Archimede passa per il

centro di carena o di spinta (C).

Se un’onda sposta lo scafo di un certo angolo varia laforma della parte di scafo immersa, il Centro di CarenaC si sposterà in C’ e ci sarà una nuova spinta verticale S applicata a C’; dall’azione della forza di peso P(sempre rivolta verso il basso) e di quella di spinta S (sempre rivolta verso l’alto) nasce la coppia raddrizzante(o momento di stabilità) che tende a far ruotare lo scafo e a riportarlo nella sua posizione dritta. Le dueforze (P ed S) uguali e contrarie agiscono finchè C e G non sono tornati in una posizione di equilibrio,cioè sulla stessa verticale.

Il metacentro è il punto d’intersezione tra il piano di simmetria e la nuova spinta S innalzata dal centro di carena spostato C’.

L’ altezza metacentrica è la distanza tra il metacentro e il baricentro. Più grande è l’

altezza metacentrica, più grande sarà la coppia raddrizzante X e quindi l’imbarcazione sarà più stabile.

La stabilità si ha quando il metacentro è al di sopra del baricentro. Se M cade sotto G la tendenza della coppia di forze si inverte e lo scafo inizia a capovolgersi.

La La stabilità di formastabilità di forma G si G si trova al di sopra di C. In una trova al di sopra di C. In una chiglia larga anche piccoli chiglia larga anche piccoli sbandamenti provocano un sbandamenti provocano un allargamento della distanza allargamento della distanza tra la retta d’azione della tra la retta d’azione della spinta di Archimede e quella spinta di Archimede e quella del peso. Quindi si genera un del peso. Quindi si genera un maggiore equilibrio.maggiore equilibrio.

La stabilità di pesoLa stabilità di peso: G si trova al di sotto : G si trova al di sotto di C, per il peso della chiglia zavorrata. di C, per il peso della chiglia zavorrata. La barca è più stabile perché il baricentro La barca è più stabile perché il baricentro si abbassa molto. La distanza tra la retta si abbassa molto. La distanza tra la retta d’azione della spinta d’ Archimede e la d’azione della spinta d’ Archimede e la retta d’ azione del peso aumenta, retta d’ azione del peso aumenta, generando così un momento raddrizzante generando così un momento raddrizzante maggiore che tende a rendere più stabile maggiore che tende a rendere più stabile la chiglia.la chiglia.

La spinta di Archimede Se un corpo solido viene immerso in un liquido riceve una spinta dal

basso verso l’ alto applicata al centro di carena C pari al peso P (applicato al Centro di gravita G) del volume d’acqua spostato.

Questa spinta si chiama spinta idrostatica. Infatti il corpo immerso nel liquido peserà di meno.

Il primo che studiò questo fenomeno è Archimede,matematico siracusano vissuto dal 287 al 212 a.C. Archimede scoprì che un corpo

immerso in un liquido riceve da esso una spinta verso l’alto,detta spinta di Archimede,uguale al peso del liquido che sposta.

m = massa del liquido Peso del liquido spostato: mg = dgv g = costante di Archimede d = densità del liquidov = volume del liquido spostatoS = spinta di Archimede Applicando il principio di Archimede: S = dvg

Perché un corpo galleggiaSul corpo agiscono quindi 2 forze: la forza peso, che spinge

verso il basso, e la spinta di Archimede che spinge verso l’ alto.

Se P>S il corpo si muove verso il basso. Il peso è maggiore della spinta di Archimede quando la densità del corpo è maggiore di quella del liquido.

Se P<S il corpo viene spinto verso l’alto e galleggia.Quando il corpo è parzialmente fuori dal liquido, il volume

della parte immersa diminuisce e quindi anche la spinta di Archimede diminuisce. Il corpo continua a galleggiare finché la spinta diventa uguale al peso e si ha l’ equilibrio. Se un corpo galleggia una parte sta immersa nell’ acqua e una sta fuori. In questo caso bisogna considerare la parte immersa.

Ve/ Vi = Di-Dc/ Dc

Ve = volume emerso Di = densità liquidoVi = volume immerso Dc = densità corpo

Sbandamento e stabilitàSbandamento e stabilitàLa barca a vela naviga quasi sempre più o meno inclinata. La La barca a vela naviga quasi sempre più o meno inclinata. La stabilità di una barca è la tendenza di opporsi allo stabilità di una barca è la tendenza di opporsi allo sbandamentosbandamento. Consideriamo ora le forze sbandanti, Consideriamo ora le forze sbandanti, la la forza forza aerodinamicaaerodinamica, applicata ala , applicata ala centro velicocentro velico e la e la forzaforza idrodinamicaidrodinamica, applicata invece al , applicata invece al centro di derivacentro di deriva. A queste . A queste due forze si oppone un’ ulteriore coppia di forze: la spinta due forze si oppone un’ ulteriore coppia di forze: la spinta idrostatica o spinta di Archimede applicata al idrostatica o spinta di Archimede applicata al centro dicentro di carenacarena e la forza del peso applicata al e la forza del peso applicata al baricentrobaricentro. Se la . Se la barca naviga con un angolo di sbandamento costante le due barca naviga con un angolo di sbandamento costante le due coppie di forze sono in equilibrio. Sotto la raffica la coppia coppie di forze sono in equilibrio. Sotto la raffica la coppia sbandante aumenta e se non interveniamo noi la barca sbandante aumenta e se non interveniamo noi la barca potrebbe potrebbe scuffiarescuffiare.. Abbiamo vari modi per impedire alla barca Abbiamo vari modi per impedire alla barca di scuffiare possiamo spostarci sempre più di scuffiare possiamo spostarci sempre più sopravvento sopravvento e e fuoribordo per aumentare il braccio della coppia raddrizzante, fuoribordo per aumentare il braccio della coppia raddrizzante, altrimenti possiamo diminuire la superficie di vela esposta al altrimenti possiamo diminuire la superficie di vela esposta al vento o la superficie di deriva investita dal flusso dell’acqua. vento o la superficie di deriva investita dal flusso dell’acqua. Lo sbandamento, lo Lo sbandamento, lo scarroccioscarroccio e la velocità sono e la velocità sono strettamente collegate tra loro: più la barca è sbandata e strettamente collegate tra loro: più la barca è sbandata e scarroccia, più la barca naviga veloce e meno scarroccia. scarroccia, più la barca naviga veloce e meno scarroccia.

Significati vari …Significati vari …• SbandamentoSbandamento: inclinazione della barca, che genera : inclinazione della barca, che genera

instabilitàinstabilità• Forza idrodinamicaForza idrodinamica: forza data dal movimento dell’acqua: forza data dal movimento dell’acqua• Forza aerodinamicaForza aerodinamica: forza data dal movimento dell’aria: forza data dal movimento dell’aria• Centro velicoCentro velico: il punto in cui sono applicate tutte le . : il punto in cui sono applicate tutte le .

risultanti delle forze che agiscono sulle velerisultanti delle forze che agiscono sulle vele• Centro di derivaCentro di deriva: il punto di applicazione delle forze : il punto di applicazione delle forze

esercitate dall’acqua sulla parte immersa dello scafo quando esercitate dall’acqua sulla parte immersa dello scafo quando esso è in movimentoesso è in movimento

• Centro di carenaCentro di carena: o centro di spinta, è il punto dove sono : o centro di spinta, è il punto dove sono applicate tutte le forze che agiscono sullo scafoapplicate tutte le forze che agiscono sullo scafo

• BaricentroBaricentro: il punto in cui si può pensare applicata la forza : il punto in cui si può pensare applicata la forza pesopeso

• ScuffiareScuffiare: la barca a vela si inclina e tocca la superficie : la barca a vela si inclina e tocca la superficie dell’acquadell’acqua

• SopravventoSopravvento: parte della barca esposta alla direzione in cui : parte della barca esposta alla direzione in cui soffia il ventosoffia il vento

• ScarroccioScarroccio: deviazione laterale della rotta della : deviazione laterale della rotta della • barca per effetto del ventobarca per effetto del vento

indice

SbandamentoSbandamento

Inclinazione della Inclinazione della barca che genera barca che genera

instabilitàinstabilità

Forza idrodinamicaForza idrodinamica

Forza data dal Forza data dal movimento movimento dell’acquadell’acqua

Forza aerodinamicaForza aerodinamica

Forza data dal Forza data dal movimento movimento

dell’ariadell’aria

SopravventoSopravvento

Parte della Parte della barca esposta barca esposta alla direzione alla direzione in cui soffia il in cui soffia il

ventovento

Centro di carenaCentro di carena

Punto in cui sono Punto in cui sono applicate le applicate le

risultanti delle risultanti delle forze cheforze che agiscono agiscono

sullo scafosullo scafo

Centro velico e di derivaCentro velico e di deriva

Centro velico: Centro velico: punto in cui sono punto in cui sono

applicate le applicate le risultanti delle risultanti delle

forze che forze che agiscono sulle agiscono sulle

veleveleCentro di deriva: Centro di deriva:

punto di punto di applicazione delle applicazione delle

forze eserciate forze eserciate sull’acqua sulla sull’acqua sulla parte immersa parte immersa

dello scafo dello scafo quando esso è in quando esso è in

movimentomovimento

BaricentroBaricentro

Il punto in cui Il punto in cui si pensa si pensa

applicata la applicata la forza pesoforza peso

ScuffiareScuffiare

La barca a vela La barca a vela si inclina e si inclina e

tocca la tocca la superficie superficie dell’acquadell’acqua

ScarroccioScarroccio

Deviazione Deviazione laterale della laterale della

barca per barca per effetto del effetto del

ventovento

IL

VENTO

SULLA

BARCA

A VELA

Un’imbarcazione a vela può essere pensata come un sistema immerso in due fluidi, aria e acqua, che si muovono rispetto alla terraferma: l’aria genera il vento e l’acqua genera la corrente. Immaginiamo di avere una vela priva di scafo, essa “galleggerebbe” e si muoverebbe insieme all’aria, trascinata dal vento. Viceversa uno scafo privo di vela, motore o remi, si muoverebbe insieme all’acqua per effetto della corrente e andrebbe alla deriva.

MA COSA SUCCEDE SE ATTACCHIAMO LA VELA ALLO SCAFO?

Per fortuna, vento e corrente hanno diversa intensità e diversa direzione. In questo caso il vento, spingendosi sulla vela, trascina anche lo scafo che acquista una velocità rispetto al mare e viene investito da un flusso d’acqua. D’altra parte, anche la vela, trascinata a sua volta dallo scafo, si muove rispetto all’aria e si gonfia perchè è investito da un flusso d’aria.

SU UNA BARCA FERMA BEN ORMEGGIATA AL PONTILE: la vela è sollecitata da una forza aerodinamica determinata

dall'azione del vento, mentre l'opera viva non viene colpita dal flusso dell'acqua perché la barca è ferma e

non c'è corrente.

MOLLIAMO GLI ORMEGGI:la barca comincia a muoversi e ad acquistare quindi una certa velocità nella stessa direzione della forza aerodinamica. Un flusso d'acqua, avente direzione opposta, inizia a colpire l'opera viva, dando origine a una piccola forza idrodinamica.

Fa

Forza aerodinamica

Fi

Forza idrodinamica

Questa forza, dovuta al flusso dell'acqua deviato dall'opera viva,va a sommarsi a quella del vento sulla vela.

Il moto della barca non avviene più in direzione della forza aerodinamica ma in quella della risultante, scaturito dalla somma vettoriale della forza del vento sulla vela e di quella dell'acqua sull'opera viva.

Forza idrodinamica

Forza aerodinamica

La forza idrodinamica inoltre aumenta sempre più in relazione alla maggior velocità della barca e progressivamente la sua direzione si sposta verso poppa. Così facendo anche la direzione del risultante, e quindi del moto della barca, si sposta sempre più verso prua.

La barca smette di accelerare, ma non di navigare, quando le due forze, aerodinamica e idrodinamica, diventano uguali ed opposte, ovvero quando ha raggiunto la sua velocità di regime.

Quindi per poter navigare è necessario che i fluidi abbiano una velocità differente e siano in moto relativo uno

all’altro.

Solo in questo caso sulle vele e sulla chiglia si stabiliscono le forze necessarie alla barca per potersi muovere sull’acqua e nell’aria. Chiameremo forza aerodinamica quella sulle vele e forza idrodinamica quella che agisce sullo scafo.

I Tre Tipi di VentoSu una barca a vela in movimento il vento che viene formato risente del movimento stesso della barca. Ci sono tre tipi di vento: il vento REALE, APPARENTE, e di VELOCITA’. Il vento reale corrisponde ad una massa di aria che si sposta rispetto alla terraferma e al mare. Il vento di velocità viene percepito da un oggetto in movimento ed è uguale ed opposto alla velocità dell'oggetto (e quindi in questo caso della barca). La somma tra i vettori vento reale e vento di velocità genera il vento apparente. Il vento apparente è quello che effettivamente colpisce le vele e permette il movimento. Quando una barca risale il vento di bolina stretta, l’intensità del vento apparente è molto più alta del vento reale; quando si va in favore di vento, la velocità del vento apparente è, in genere, minore del vento reale in quanto il vento di velocità è opposto al vento reale, quindi in questo caso la velocità del vento apparente è ridotta.

Le forze, i vettori, le accelerazioni

• Erroneamente molti associano la presenza di una forza al movimento del corpo su cui agisce e quindi alla sua velocità. In realtà questo è un concetto sbagliato, la forza è responsabile non della velocità di un corpo, ma di un cambiamento della sua velocità. Infatti noi imprimiamo forza quando premiamo il pedale dell’acceleratore o dei freni della nostra automobile, cioè aumentiamo o riduciamo la sua velocità.

• L’esperienza ci dice che la risposta del corpo alla sollecitazione esterna dipende dalla sua massa; a parità di forza, più grande è la massa e più piccola è l’accelerazione. Tutto ciò si traduce nella legge fondamentale della dinamica o legge di Newton, dove l’accelerazione è la variazione che la velocità acquisita nel tempo:

Forza uguale a massa x accelerazione F = ma

A velocità costante, non c’è accelerazione e quindi non c’è forza. Quindi come può una barca a vela, che sente la forza del vento e dell’acqua, viaggiare a velocità costante? Infatti non è detto che un corpo che non sente alcuna accelerazione non sia soggetto ad alcuna forza. Per esempio: immaginiamo il gioco del tiro alla fune, Paolo all’estremo destro della corda, tira con una forza F e Giorgio, dalla parte opposta tira con la stessa forza; è evidente che la fune non si muove perché, pur essendo applicate due forze, la sollecitazione totale sulla fune è nulla. Perciò si deduce che l’effetto di una o più forze dipende oltre che dalla loro intensità, anche dalla direzione e dal verso in cui esse sono applicate.

La forza è un vettore , formato da: direzione, verso e intensità.

Per esempio, supponiamo di trovarci su un’ autostrada e di dover comunicare dove siamo:

se diciamo che ci troviamo al chilometro 38 la comunicazione è parziale, infatti tiene conto solo della posizione, per essere più precisi dovremo dire che viaggiamo sull’autostrada Roma-Milano (direzione), verso Milano (verso).

La posizione è un vettore,come lo è la velocità.

I vettori si possono anche sommare, tra loro. Per esempio: dati i vettori forza Fa e Fb, che agiscono su un corpo, la forza totale F=Fa+Fb, chiamata anche risultante, è data dalla diagonale maggiore del parallelogramma che ha per lati Fa e Fb. La risultante rappresenta la forza che da sola produce gli effetti provocati da tutte le forze agenti: se spingiamo un oggetto nella direzione di Fa e Fb, questo si muoverà come se fosse spinto da F.

La figura B mostra che se Fa e Fb hanno uguale intensità e stessa direzione, ma verso opposto, la risultante è nulla e il corpo non sente nessuna accelerazione.

Le velocità sono sempre relative

• La velocità di un oggetto (dell’aria, dell’acqua ) è sempre misurata rispetto ad un osservatore (è relativa ad un riferimento).

• Lo stesso oggetto (l’aria, l’acqua) ha velocità diverse rispetto ad osservatori diversi.

• Le velocità si sommano e sottraggono come “vettori”.

• Di: Cosimo CarmagniniSara Degl’ InnocentiGiada CambiniCaterina Cafissi

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• In assenza di forza applicate ad un corpo,questo preserverà In assenza di forza applicate ad un corpo,questo preserverà nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme,di nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme,di conseguenza non avrà né accelerazione né decelerazione.conseguenza non avrà né accelerazione né decelerazione.

• Se un corpo è soggetto ad una forza, questo accelererà in Se un corpo è soggetto ad una forza, questo accelererà in maniera proporzionale ad essa.maniera proporzionale ad essa.

• Ad una forza applicata ad un corpo ne corrisponde una Ad una forza applicata ad un corpo ne corrisponde una uguale e una contraria.uguale e una contraria.

L'aria che investe la vela di una barca è divisa in due flussi L'aria che investe la vela di una barca è divisa in due flussi dalla linea di ristagno: uno passa sopra la vela,l'altro sotto.dalla linea di ristagno: uno passa sopra la vela,l'altro sotto.

Il profilo della vela è fatto in modo che la parte superiore Il profilo della vela è fatto in modo che la parte superiore risulti più lunga rispetto alla parte inferiore;i due risulti più lunga rispetto alla parte inferiore;i due flussi,però,una volta divisi,si devono ricongiungere flussi,però,una volta divisi,si devono ricongiungere perfettamente.perfettamente.

Di conseguenza il flusso superiore,dovendo percorrere più Di conseguenza il flusso superiore,dovendo percorrere più spazio a parità di tempo a quello inferiore, dovrà fluire con spazio a parità di tempo a quello inferiore, dovrà fluire con una velocità maggiore di quello inferiore.una velocità maggiore di quello inferiore.

Il principio di Bernoulli, afferma Il principio di Bernoulli, afferma che in un qualsiasi punto di un che in un qualsiasi punto di un fluido, il prodotto tra velocità e fluido, il prodotto tra velocità e pressione si mantiene costante,e pressione si mantiene costante,e di conseguenza i punti con di conseguenza i punti con velocità più alta avranno una velocità più alta avranno una pressione inferiore.pressione inferiore.

Ricapitolando: sulla parte concava Ricapitolando: sulla parte concava della vela troveremo una della vela troveremo una pressione più grande rispetto alla pressione più grande rispetto alla pressione esercitata sulla parte pressione esercitata sulla parte convessa.convessa.

Ne consegue la nascita di una Ne consegue la nascita di una forza, che va dal basso verso forza, che va dal basso verso l'alto.l'alto.

Questa forza è detta Questa forza è detta portanzaportanza,e ,e permette ad una barca a vela di permette ad una barca a vela di procedere quasi contro vento.procedere quasi contro vento.

Per quanto riguarda l'idrodinamica,invece,possiamo sperimentare Per quanto riguarda l'idrodinamica,invece,possiamo sperimentare l'effetto della portanza ormeggiando la nostra deriva lungo la l'effetto della portanza ormeggiando la nostra deriva lungo la banchina,dove sia presente una corrente parallela ad essa. La banchina,dove sia presente una corrente parallela ad essa. La corrente,passando tra la banchina e la fiancata della barca,anziché corrente,passando tra la banchina e la fiancata della barca,anziché distanziarla,la farà avvicinare.distanziarla,la farà avvicinare.

La portanza è la componente perpendicolare al moto della forza La portanza è la componente perpendicolare al moto della forza aerodinamica che agisce su un corpo immerso in un fluido, ed è aerodinamica che agisce su un corpo immerso in un fluido, ed è generata dalle vele e dalla chiglia di una barca a vela.generata dalle vele e dalla chiglia di una barca a vela.

Essendo normale alla direzione del vento,la portanza, non sempre Essendo normale alla direzione del vento,la portanza, non sempre è opposta alla forza peso ,ma può seguire qualsiasi direzione. è opposta alla forza peso ,ma può seguire qualsiasi direzione.

Opposta alla portanza è la Opposta alla portanza è la resistenzaresistenza che si forma in seguito che si forma in seguito alle scie lasciate dalle vele. Questa forza si oppone all’ alle scie lasciate dalle vele. Questa forza si oppone all’ avanzamento della barca a vela. È ovvio cercare di diminuirla avanzamento della barca a vela. È ovvio cercare di diminuirla e per fare ciò bisogna che la vela sia stretta, alta, allungata e per fare ciò bisogna che la vela sia stretta, alta, allungata ed efficiente.ed efficiente.

Inoltre la resistenza è determinata anche dallo scafo. Inoltre la resistenza è determinata anche dallo scafo. Principalmente l’attrito di questa resistenza dipende dalla Principalmente l’attrito di questa resistenza dipende dalla carena e dalle onde da essa prodotte. Per ridurre l’ attrito carena e dalle onde da essa prodotte. Per ridurre l’ attrito si cerca anzitutto di ridurre la parte immersa dello scafo e si cerca anzitutto di ridurre la parte immersa dello scafo e levigare la superficie della carena. Ma l’attrito dello scafo levigare la superficie della carena. Ma l’attrito dello scafo ha influenza solo alle velocità più basse:quando la velocità ha influenza solo alle velocità più basse:quando la velocità aumenta entra in gioco la resistenza delle onde, provocate aumenta entra in gioco la resistenza delle onde, provocate dal movimento dello scafo nello sforzo di aprirsi la strada dal movimento dello scafo nello sforzo di aprirsi la strada nell’acqua. Le onde più importanti sono quelle nell’acqua. Le onde più importanti sono quelle perpendicolari alla rotta della barca; esse sono dette perpendicolari alla rotta della barca; esse sono dette “trasversali”. Le onde trasversali diventano più lunghe ed “trasversali”. Le onde trasversali diventano più lunghe ed alte man mano che la velocità aumenta e, una volta alte man mano che la velocità aumenta e, una volta raggiunta la massima velocità, lo scafo sarà sostenuto da raggiunta la massima velocità, lo scafo sarà sostenuto da una sola onda che avrà più o meno le sue stesse una sola onda che avrà più o meno le sue stesse dimensionidimensioni..

Falconi AndreaFalconi AndreaGuernieri AgneseGuernieri Agnese

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