올림픽 윈드 서핑 범선의 원리
사람들은 일반적으로 범선이 바람이 부는 방향, 즉 순풍으로만 움직일 수 있다고 생각한다. 그러나 삼각돛은 범선이 바람을 맞으며 움직일 수 있게 한다. < P > 역풍이 어떻게 움직이는지 이해하기 전에 먼저 돛과 관련된 지식을 알아야 합니다. < P > 돛의 가장 먼저 바람이 부는 돛 가장자리를 선단이라고 하며, 배의 앞부분에 위치해 있다. 뒤쪽의 선익의 후연을 돛의 후연이라고 한다. 앞 가장자리에서 돛의 뒷가장자리까지 가상의 수평선을 현이라고 합니다. 돛의 곡도를 식수라고 하며 현에서 가장 많이 먹는 물점까지의 수직 거리를 현 깊이라고 합니다. 공기가 가득 차서 오목하게 구부러진 돛의 한 면을 바람맞이면이라고 합니다. 바깥쪽으로 불어서 볼록한 모양을 형성하는 면을 배풍면이라고 합니다. 이 용어들을 이해한 후에, 우리는 계속해서 요트 운동을 소개할 것이다. 배는 돛의 각 면에 의해 생성 된 힘에 의하여 바람에 따라서 움직인다. 바람을 맞히는 양의 힘 (밀기) 과 바람을 등지는 음의 힘 (당기기) 이 결합되어 합력을 형성하는데, 이 두 힘은 모두 같은 방향으로 작용한다. 비록 당신이 동의하지 않을 수도 있지만, 당기기는 확실히 이 두 힘 중 비교적 강한 힘이다. < P > 1738 년 과학자 다니엘 버가 발견한 바에 따르면 기류 속도는 주변의 자유 기류에 비례하여 증가하여 압력이 낮아져 기류 속도가 빨라졌다. 이 상황은 돛의 뒷풍면에서 발생합니다. 공기 흐름 속도가 빨라지고 돛 뒤에 저압 영역이 형성됩니다. 우산에 작용하는 백노력원리
왜 공기가 가속되는가? 공기는 물과 마찬가지로 모두 흐른다. 바람이 수렴하고 바람이 돛에 의해 분리되면, 일부 바람이 볼록면 (바람을 등지고 있는 면) 에 붙어 돛을 잡아당긴다. "부착되지 않은" 공기가 돛을 통과하려면 돛이 돛의 영향을 받지 않는 공기 흐름 밖으로 구부러져야 합니다. 그러나 이러한 자유 기류는 종종 직선 흐름을 유지하고 항행을 방해한다. 자유 기류와 구부러진 돛이 합쳐져 좁은 길을 형성하는데, 초기의 기류는 반드시 통과해야 한다. 스스로 압축할 수 없기 때문에, 공기는 이 좁은 길을 통과하기 위해 속도를 높여야 한다. 이것이 돛의 볼록한 면에 기류 속도가 증가하는 이유이다. < P > 일단 이런 일이 발생하면, 백노력의 이론이 발효된다. 좁은 도로에서 증가된 기류는 주변 공기보다 빠르며, 기류 속도가 빨라진 지역 압력은 떨어질 것이다. 이로 인해 체인형 반응이 일어납니다. 새로운 기류가 첫 번째 바람의 돛 가장자리에 접근하여 분리됨에 따라, 그것은 배풍면으로 더 많이 흐릅니다. 기류는 저압 지역으로 끌려가 고압 구역에 의해 배척됩니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 계절명언) 이제 더 큰 공기라도 볼록한 돛면과 자유기류로 형성된 좁은 길로 더 빨리 비집고 들어가야 하므로 공기 압력이 낮아집니다. 이 상황은 기존 풍력 조건의 최대 속도에 도달할 때까지 계속 발전하며 배풍면에 최대 저압 영역을 형성합니다. 공기 흐름이 표면 (현 깊이) 의 가장 깊은 점에 도달한 후에만 공기 흐름이 증가합니다. 이 점에 도달하기 전에, 공기는 끊임없이 수렴하고 가속한다. 이 점을 넘으면 공기가 분리되어 다시 주변 공기 속도와 비슷해질 때까지 감속됩니다. (돛과 바람 사이에 최적의 각도를 유지하다) < P > 그 사이에 돛의 바람면에서 반대의 상황이 발생했다. 더 많은 공기가 바람을 등지고 흐르면서 바람을 맞으며 돛의 볼록한 면과 자유 기류 사이의 확장 공간을 통과하는 공기가 줄어든다. 이러한 기류가 사방으로 흩어져 흐르기 때문에 유속이 주변 공기보다 낮은 속도로 떨어지면서 압력이 증가합니다. < P > 플레이크 기류 내 돛으로 인한 힘 < P > 이 잠재적인 힘을 알게 된 후, 우리는 어떻게 실제로 이 힘을 이용하여 배를 움직일 수 있을까? 우리는 바람과 돛 사이에 이상적인 관계를 맺어 바람이 빠르게 흐를 뿐만 아니라 돛의 볼록면을 따라 흐를 수 있도록 해야 한다. 돛과 바람 사이의 이 관계의 일부를 영각이라고 한다. 바람과 평탄한 돛을 묘사하다. 공기는 각 면으로 골고루 갈라진다. 돛이 구부러진 모양으로 가득 차 있지 않고, 공기가 가속되지 않아 배풍면에 저압 영역을 형성하고, 배는 움직이지 않는다. 그러나 돛과 풍향이 정확히 정확한 각도를 이루면 돛은 단번에 바람을 가득 채우고 공기동력을 발생시킨다.
공격 각의 각도는 매우 정확해야 합니다. 이 각도가 바람과 너무 가까우면 돛의 앞부분이 "바람을 빼앗는다" 거나 흔들릴 것이다. 각도가 너무 넓으면 돛의 표면을 따라 흐르는 공기 흐름이 분리되고 주변 공기가 다시 수렴됩니다. 이 분리는 회전 공기의' 정지 영역' 을 만들어 풍속이 떨어지고 압력이 증가한다. 돛의 곡률은 항상 돛의 끝과 바람의 방향이 첫 번째 바람의 돛 가장자리보다 더 큰 각도로 이어지기 때문에 돛의 후단 공기는 표면을 따라 흐르지 않고 주변의 자유 공기 방향으로 돌아갈 수 없습니다. 이상적으로 기류가 돛의 후연에 도달하기 전에 분리를 시작해서는 안 된다. 그러나 돛의 영각이 넓어지면서 분리점은 점차 앞으로 이동하고 그 뒤의 모든 것을 정지 영역에 남겨 두었다. 공기가 순조롭게 통과할 수 있도록 영각을 유지하는 것 외에 바람과 돛의 관계에 관한 또 다른 중요한 요소는 돛이 항상 선미에 부착되도록 올바른 곡률을 가져야 한다는 것입니다. 곡선이 너무 작으면 공기 흐름이 구부러지지 않고 속도가 증가하는 압착 효과가 발생하지 않습니다. 곡선이 너무 크면 공기 흐름을 부착할 수 없습니다. 따라서 곡률이 너무 크지 않고 영각이 너무 넓지 않은 경우에만 분리가 발생할 수 있습니다. < P > 이렇게, 우리는 이제 돛 압력이 어떻게 이론적으로나 실제적으로 형성되었는지 알 수 있다. 하지만 이러한 압력으로 인해 어떻게 배들이 앞으로 나아갈 수 있을까요? 그 속의 오묘함을 좀 더 깊이 이해합시다. < P > 해수면에서 평방미터당 기압은 1 톤이다. 돛의 배풍면의 공기 흐름이 증가하면 위에서 기압이 떨어질 것임을 알 수 있습니다. 평방 미터당 2 킬로그램이 떨어질 것이라고 가정합니다. 마찬가지로 바람이 부는 면의 기압이 증가합니다. 평방 미터당 1kg 씩 증가한다고 가정합니다 (드롭다운 압력이 푸시 압력보다 강하다는 것을 기억하십시오). 그리고 배풍 압력이 음수이고 바람바람 압력이 양수인 경우에도 모두 같은 방향으로 작용합니다. 그래서 지금 우리는 평방미터당 약 *** 3 킬로그램의 압력을 받고 있습니다. 1 평방미터의 돛 크기를 곱하면, 우리는 이미 이 돛에 * * * 3kg 의 합력을 만들어 냈다. < P > 돛의 모든 점이 서로 다른 압력을 가했다. 압력이 가장 강한 곳은 현 깊이, 즉 돛 표면의 가장 깊은 곳에 있다. 이것은 또한 기류가 가장 빠르고 압력이 가장 많이 떨어지는 곳이다. 기류가 뒤로 이동하고 분리됨에 따라 힘도 약해진다. 이 힘의 방향도 바뀔 것이다. 돛의 모든 점에서, 이 힘은 돛면과 수직을 유지한다. 돛 앞의 힘이 가장 강한 곳도 맨 앞에 있다. 돛의 중간에서 힘은 측면 방향이나 기울기 방향으로 변경됩니다. 돛의 뒷부분에서는 풍속이 떨어지면서 힘이 점차 약해져 뒤로 또는 뒤로 당기는 방향으로 이어진다. (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 돛, 돛, 돛, 돛, 돛, 돛 등) < P > 돛 곳곳의 압력을 계산하여 각 면의 앞, 뒤, 견인 부위의 상대적 힘을 확인할 수 있습니다. 앞으로 나아가는 힘이 여전히 가장 강하기 때문에 돛에 가해진 합력은 여전히 약간 앞쪽에 편향되어 있지만, 주로 측면 방향이다. 배의 돛 작용을 증가시켜 더 많은 전진력을 얻는 것은 또한 측면력의 더 큰 증가로 이어진다. 그러면 바람이 측면에 가해지는 힘이 최대에 이를 때 배는 어떻게 움직일까요? 이것은 돛과 바람의 영각과 선박과 물의 저항 문제를 포함한다. 물이 선박이 역풍항행할 때 작용하는 힘 < P > 합력의 방향은 돛현과 거의 수직이다. 돛줄이 배의 중앙선과 평행할 때, 주요 힘은 거의 완전히 측면에 가해진다. 그러나, 돛이 약간의 각도로 되어 돛이 생성하는 힘이 약간 앞으로 나아가면 배 자체는 즉시 앞으로 나아갈 것이다. 왜 그럴까요? 배의 중앙선 (즉 용골) 이 물에 작용하는 방식은 돛이 바람에 작용하는 방식과 비슷하다. 용골에서 나오는 힘은 돛의 경사력과 반대되는 힘이다. 그것은 배가 돛이 형성하는 힘의 방향을 완전히 유지하게 한다. 그리고 돛합력은 항상 바람을 부는 쪽에 작용하지만, 정확한 영각은 배를 앞으로 나아가게 할 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 윈드서머, 윈드서머, 윈드서머, 희망명언) < P > 돛의 각도가 선체 중앙선에서 멀어질수록 정면에 더 많은 힘을 가합니다. 정방향 힘의 약간의 조정과 공기에 대한 물의 역력을 결합하면, 우리는 지금 물의 저항이 가장 적기 때문에 배를 바람을 맞으며 앞으로 나아갈 것이다.