Come naviga una barca a vela
In questo articolo ti spiego come naviga una barca a vela e quali sono le forze in gioco che producono la propulsione grazie all'azione del vento sulle vele.
Vedere una barca a vela navigare è una bellissima immagine, uno scafo che si muove e solca il mare senza propulsione meccanica affascina e nasconde in sé una piccola parte di mistero.
Il suo moto grazie al vento ci riempie di serenità ed equilibrio.
Il solo fatto di non essere racchiusi tra quattro mura, di poter rivolgere il proprio sguardo senza confini, di udire solo il suono del mare, essere esposto al sole e agli elementi è un insieme di sensazioni e di emozioni che rende unica la nostra esperienza.
Grazie a tutto ciò è interessante capire quali sono i principi grazie ai quali una barca a vela naviga.
Il motore invisibile che fa navigare una barca a vela
Consideriamo le vele come il motore della barca ed il vento il carburante.
La combinazione di questi due elementi permettono alla barca a vela di navigare.
Quando pensiamo alle vele ci torna in mente l?immagine degli antichi velieri con le vele quadre, le quali navigavano grazie alla spinta del vento. Tecnicamente possiamo dire che procedevano esclusivamente per andature portanti, quindi per procedere lungo una determinata rotta avevano bisogno di avere il vento a favore, cioè nella direzione della rotta stessa.
Se si voleva intraprendere una navigazione con una destinazione dove il vento insisteva in senso opposto erano costretti ad attendere all?ancora per lunghi periodi in attesa che cambiasse direzione o addirittura, tornando ancora più indietro nel tempo, affidarsi ai remi.
La possibilità di risalire il vento utilizzando forze aerodinamiche è una scoperta ben più recente anche se oramai parliamo già di qualche secolo.
I tempi moderni, grazie alla tecnologia, a nuovi studi sull?aerodinamica e alla produzione di nuovi materiali più leggeri e più performanti, hanno migliorato di gran lunga la possibilità di governare la barca durante la navigazione e soprattutto di gestirla rispetto al vento.
Vele Marconi o Bermudiane
Tutto merito dei profili alari realizzati con le vele di forma triangolare.
Un navigatore che guarda la superficie del mare dove naviga la sua barca ha un orizzonte di 360°, la dimensione di un angolo giro.
Grazie alle vele di forma triangolare dette Marconi o Bermudiane possiamo gestire direttamente un angolo di navigazione di 270°, le andature portanti, ma grazie a delle azioni mirate possiamo raggiungere una meta che si trova in quei 90° di non diretta accessibilità, suddivisi rispettivamente in 45° a dritta e 45° a sinistra: queste andature vengono definite montanti.
Le nuove imbarcazioni consentono in termini di navigabilità le stesse possibilità e funzioni dei vecchi velieri, ma aggiungono la possibilità di risalire parzialmente il vento.
Come si può risalire il vento
Con l?avvento delle vele Marconi si è introdotto il concetto di portanza.
Il rapporto che c?è tra la direzione del vento e la direzione dello scafo in navigazione ci porta al concetto di andatura.
L?andatura è l?angolo fra l?asse longitudinale della barca e la direzione del vento.
Questo angolo non può essere inferiore a 45° rispetto alla direzione di provenienza del vento, detto anche letto del vento.
Le andature si dividono in due tipologie:
Quelle cosiddette al vento, strette o montanti, cioè quelle che si avvicinano a quei novanta gradi che non possiamo navigare direttamente (divisi in 45° a sinistra e 45° a dritta) che chiameremo angolo morto. (Vedi cerchio delle andature)
Le andature al vento lavorano su un angolo di 45° cioè dalla bolina stretta (45° dal vento), al traverso (vento da 90° lungo l?asse trasversale).
Come già accennato la bolina stretta, la bolina larga, ed il traverso danno il moto all?imbarcazione grazie alla portanza, un principio che ritroviamo nell?aeronautica e nel volo degli elicotteri.
La portanza è un effetto aerodinamico che mette in relazione le due facce della vela, quella sopravvento (lato da cui la vela viene colpita dal vento) e quella sottovento (lato opposto esterno).
Nel lato sopravvento la vela diventa concava creando su di essa una zona di alta pressione ed uno scorrimento del vento lento grazie alla sua forma che tende ad imprigionarlo.
In quella sottovento, viceversa, si crea il fenomeno opposto dove troviamo un?area di bassa pressione (depressione) ed una corsa veloce del vento grazie alla sua forma convessa.
La differenza di pressione che si genera tra sopravvento e sottovento genera la portanza che ?tira? la barca in avanti.
La resistenza idrodinamica
Spesso, dopo aver parlato della portanza ci viene sottoposta la domanda ?allora perché l?imbarcazione non si muove nel direzione della portanza??.
La risposta si trova sott?acqua! La deriva cui è dotata l?imbarcazione, che si trova appunto sott?acqua, esercita una resistenza idrodinamica che si genera in maniera simile alla portanza ma in direzione opposta. Tale forza è equivalente alla portanza benché la superficie totale sia nettamente inferiore. Questo è dovuto a due fattori fondamentali: il primo consiste nel fatto che l?acqua è notevolmente più densa dell?aria, ben 800 volte, il secondo è che alla resistenza idrodinamica partecipa tutta l?opera viva e non soltanto la deriva.
L?equilibrio fra le due forze, la portanza e la resistenza idrodinamica, faranno in modo che l?imbarcazione proceda in avanti e non si limiti a scarrocciare.
Naturalmente la fisica della vela è molto più complessa ma questo articolo vuole spiegare quali sono i principi fondamentali.
Affinché si sviluppi una buona portanza le vele hanno bisogno di una corretta regolazione e qui entra in gioco un altro elemento detto angolo di incidenza.
Mentre l?andatura mette in relazione lo scafo rispetto al vento, l?angolo di incidenza si riferisce al rapporto tra vento e vele che viene detto anche angolo di attacco perché è il punto dove il vento si separa tra sopra e sotto vento.
Questo angolo per sviluppare una buona portanza deve avere un orientamento tra i 20 e i 25° che otteniamo grazie ad una corretta regolazione delle vele.
Nelle andature in cui il vento investe la barca dal traverso fino alla poppa (zona posteriore della barca) che si sviluppano lungo un arco di 90°, man mano che dal traverso ci si orienta con la poppa al vento la portanza lascia spazio alla spinta.
Le andature portanti sono: il traverso, il lasco, il gran lasco e il fil di ruota (o vento in poppa).
La gestione congiunta tra scafo, vento, vele e la prora (direzione della prua) sono gli ingredienti per una perfetta navigazione.