تحلیل حرکت قایق های بادبانی در آب

باد یکی از انرژی های سبز است، انرژی تجدید ناپذیر و بدون آلودگی(پاک).این انرژی، از گذشته های دور، مورد توجه انسان واقع شد و تا امروزه کاربرد بسیاری دارد.استفاده از باد برای حمل و نقل، سابقه زیادی دارد.دراین بین کشتی ها و قایق های بادبانی، نقش مهمی را ایفا می کنند.در پهنه ی دریاها و اقیانوس ها، باد بدون وجود مانعی می وزد کشتی بادبانی نیروی باد را به وسیله بادبان های پهنش گرفته ، این نیرو به دکل منتقل می شود و کل کشتی را حرکت می دهد .

شکم دادن: این کلمه از اصطلاحاتی است که در مقاله زیاد استفاده شده است.

اگر بادی نوزد که به بادبان فشار وارد کند،بادبان شکم می دهد مانند شکل1:

اما اگر نسبت به بادبان، بادی وجود داشته باشد، آنگاه شکم نمیدهد مانند شکل2:

برای حل مسئله باید از ساده ترین حالت ممکن شروع کرد .فرض کنید قایقی با بادبان کاملا برافراشته در دریاچه ای عظیم با آب راکد قرار دارد در صورتی که اصطکاک آب در مقابل حرکت قایق صفر باشد حالت های زیر را بررسی می کند

حالت اول:همراه با باد

قایق مستقیما در جهت وزش باد حرکت می کند سرعت باد V

است.و کاملا عمود بر بادبان می وزد بیشینه (ماکزیمم)سرعتی که قایق می تواند به دست آورد همان سرعت باد V است و هیچ گاه تند تر از باد حرکت نخواهد کرد زیرا اگر قایق با سرعت باد حرکت کند باد دیگر به بادبان فشار وارد نمی کند پس بادبان شکم نمی دهد هنگامی که قایق با سرعت باد حرکت کند نسبت به بادبان بادی وجود نخواهد داشت.

حالت دوم :باز هم همراه با باد

قایق مستقیما در جهت وزش باد حرکت می کند اما این بار بادبان را از یک طرف به داخل می کشیم به گونه ای که زاویه ان با امتداد بدنه قایق 90درجه نباشد با این کار سرعت قایق کم می شود ای مسئله دو دلیل دارد

اولاً:به خاطر موقعیت بادبان زیرا باد کمتری به آن برخورد می کند.

ثانیاً:راستای نیرو برخورد با راستای قایق یکی نیست.

هرگاه شاره ای اعم از گاز یا مایع با سطح همواری برخورد کند نیروی بر خورد برآن سطح هموار عمود است بنابراین بردار نماینده این نیرو چنانچه در شکل می بینید بر سطح عمود است این بردار نه تنها از بردار بیشینه سرعت باد (حالت اول)کوچکتر است بلکه تنها کسری از آن در جهت حرکت قایق اثر می کند همین مؤلفه از سرعت باد است که قایق را به پیش می راند مؤلفه جانبی فقط در جهت واژگون کردن قایق عمل می کند و هیچ گونه سهمی در حرکت روبه جلو آن ندارد بنابراین باز هم قایق پیش می رود اما با نیرویی کمتر.

هر چه بادبان بیشتر به داخل کشیده شود از بزرگی بردار نیرو کاسته و مؤلفه پیشبرنده قایق کوچکتر می شود وقتی بادبان کاملا به داخل کشیده می شود و در امتداد بدنه کشتی قرار می گیرد هیچ نیرویی از طرف باد به آن وارد نمی شود و نیروی پیشران در این حالت صفر است.

حالت سوم:عمود بر جهت وزش باد

فرض کنید زاویه بادبان با امتداد بدنه ی قایق برابر زاویه نظیر در حالت دوم است و قایق بجای اینکه مستقیم در جهت وزش باد حرکت کند سمتگیریش را چنان انتخاب می کند که عمود به راستای وزش باد حرکت کند.سرعت نسبت به حالت دوم بیشتر خواهد بود.

همانندحالت قبل بردار نیروی عمود بر سطح بادبان را می توان به دو مؤلفه تجزیه کرد.یکی در راستایی که قایق حرکت می کند (مؤلفه پیشران قایق)

و دیگری عمود بر حرکت قایق که اثری در پیش رفتن آن ندارد.اگر بردار نیروی اصلی(باد بر بادبان) در این حالت از بردار نیروی حالت قبل بزرگتر نبود،سرعت قایق با سرعت آن در حالت دوم برابر بود.اما بردار نیرو در این حالت بزرگتر است زیرا بادبان به سرعت باد نمی رسد و شکم نمی دهد.حتی هنگامی که قایق با سرعت باد حرکت می کند باز هم باد به بادبان فشار می آورد این امر سبب می شود که قایق در این حالت از باد تند تر حرکت کند هنگامی قایق به سرعت نهایی می رسد که "باد نسبی"(برآیند باد "طبیعی" و باد "مصنوعی" ناشی از حرکت قایق )در امتدا بادبان بوزد و هیچ اثری برآن نداشته باشد وقتی که زاویه باد نسبی با زاویه بادبان نسبت به امتداد بدنه قایق برابر باشد باد به بادبان فشار نمی آورد.

حالت چهارم:در خلاف جهت باد

برای اینکه بتوانید این حالت را بهتر درک کنید باید سه حالت قبل را فهمیده باشید. وضع قایق در این حالت چندان با حالت3 تفاوت نمی کند از روی شکل مشاهده می شود که بردار نیرو مؤلفه ای در جهت رو به جلو دارد این مؤلفه قایق را با زاویه مشخص به طرف باد و در خلاف جهت آن به پیش می راند این قایق می تواند تند تر از قایق حالت 3 پیش برود زیرا هر چه قایق تندتر حرکت کند اثر نیروی باد بر آن بیشتر می شود بنابراین بیشینه سرعت قایق معمولا در زاویه ای خلاف جهت باد بدست می آید قایق نمی تواند مستقیما خلاف جهت باد پیش برود بنابراین برای رسیدن به محلی که برای رفتن به سوی آن باید خلاف جهت وزش باد مستقیما پیش برود به طور زیگزاگ به عقب و جلو حرکت می کند این حرکت را در قایق رانی باد عوض کردن می گویند .

منبع:

چگونه مفاهیم فیزیک را درک کنیم؟

نویسنده:لویز ایپشتن ترجمه:جهانشاه میرزابیگی

تحلیل حرکت قایق های بادبانی در آب

مطالب مشابه :

هوای انلاین شهر های کشور(دما.رطوبت.فشار هوا.وضعیت هوا.جهت وزش باد)

وزش باد شدید در تهران، قم، اصفهان و مرکزی طی دو روز آینده/ حداکثر سرعت تا 30 نات

شناسایی معیارهای عام شکل گیری بافت های روستایی درایران بخش 2

اصفهان، شهر سازگار با اقلیم

مزایای پمپ آب بادی

تحلیل حرکت قایق های بادبانی در آب

وزش باد شدید با سرعت 70 کیلومتر در نطنز وبادرود

اجزاء پمپ آب بادی

مطالعات اقلیمی اصفهان و تاثیر آن بر شهر سازی