על לחצים בסירה וארכימדס, מאת ערן סלע

דף הבית >> מאמרים >> מהירות >> על לחצים בסירה וארכימדס, מאת ערן סלע
על לחצים בסירה וארכימדס
 
בסביבות שנת 240 לפנה"ס, גילה המתמטיקאי היווני ארכימדס, שלכל צורה הנדסית (דו-ממדית) יש נקודת מרכז, כך שאפשר יהיה להעמיד את אותה צורה על צידה, בעזרת עמוד אחד. לדוגמה, אם נגזור עיגול מקרטון, ונעמיד אותו על מקל במרכז הקוטר, העיגול יישאר בצורה אופקית... ובמשולש , אם נוריד תיכונים ממכרז כל צלע אל הקודקוד הנגדי. שלושת הקווים יפגשו בנקודה אחת. ואם נעמיד את המשולש על עמוד אחד במפגש הקווים, המשולש יישאר בצורה אופקית.
יותר מאלפיים שנים מאוחר יותר, אנחנו יכולים להשתמש באותה הדרך, לחישוב מרכז הלחצים שמפעילה הרוח על מפרשי הסירה שלנו, ולהבין טוב יותר כיצד סירת מפרש מפליגה.
על כל אחד מהמפרשים נושבת הרוח ומייצרת כוח, ובאותה הדרך שגילה ארכימדס, נוכל לחשב את מרכז הלחץ של כל מפרש. והוא מסומן כנקודה צהובה בכל אחד מהמפרשים. כשעושים ממוצע של גודל המפרש והמרחק בין הנקודות, מגיעים לנקודה אחת שבה נמצא מרכז הכוח של המפרשים
(center of effort-CE) והיא מסומנת בנקודה האדומה.
                                                       
לגוף הסירה, מרכז משלו...
דמיינו סירה שנסחפת הצידה בנהר עם זרם. עד שהיא נתפסת בגזע עץ שתקוע מתחת למים. בכל המקומות מלבד אחד מתחת למים שבו הסירה תיתפס בגזע, היא תסתובב על צירה ותמשיך להיסחף. אך אם היא תיתפס בנקודה היחידה, היא תישאר במקום, בדיוק באותה צורה. נקודה זו נקראת, מרכז ההתנגדות הרוחבי 
center of lateral resistance (CLR)      
 והיא מסומנת בנקודה הירוקה.
היחס בין מרכז הכוח של המפרשים (CE), לבין מרכז ההתנגדות של הסירה (CLR) משפיע מאוד על הולכת הסירה.  כאשר שתי הנקודות נמצאות, אחת מעל השנייה, כל כוח המפרשים פועל כדי לקדם את הסירה. אך אם מרכז הכוח של המפרשים נמצא מאחורי מרכז ההתנגדות,
 
לסירה תהיה נטייה לעלות אל הרוח:                    אם מרכז הכוח נמצא לפני מרכז ההתנגדות,         
                                                                        לסירה תהיה נטייה לרדת מהרוח:


 בהפלגה בקדמית במספר דגמים, אפשר לשנות את המיקום של מרכז הכוח, עלי ידי שינוי ה"ראש תורן" באופטימיסט השינוי מתבצע על ידי הזזה של עקב התורן. וב 420/470  השינוי יכול להתבצע על-ידי הזזת עקב התורן או בשינוי האורך של וונטות הצד. ככל שראש התורן נמוך יותר. כך מרכז הכוח נמוך יותר וקל לנו יותר לאזן את הסירה, אך גם הלחץ לעלייה על ההגה עולה, בעקבות המעבר אחורה של הנקודה האדומה.
שינוי במיקום הנקודה של מרכז ההתנגדות (CLR- נקודה ירוקה) יכול להתבצע בעיקר בסירות שבהן החרב נעה על ציר (420/470) הרמה של החרב תעביר את הנקודה CLR לאחור, ובכך תקטין את הנטייה של הסירה לעלות, והורדה של החרב תעביר את הנקודה קדימה ותגביר את הנטייה לעלייה, כמו כן, הרמה של החרב תגדיל מעט את היספחות הסירה אך תקל משמעותית על איזון הסירה ברוח חזקה.
 
בהפלגה במלאה, המטרה שלנו שוב לגרום לכוח המפרשים לקדם את הסירה כמה שיותר.
אם נפליג במלאה עם סירה מאוזנת, כמו בתמונה הימנית, חלק מכוח המפרש "מתבזבז" בגלל שהוא מנסה לסובב את הסירה אל הרוח
 
   

בסירות עם ספינקר במלאה, מצב הכוחות שונה מעט. הנקודה הצהובה על כל מפרש מסמלת את מרכז הכוח של אותו מפרש (מפרש החלוץ נמצא כמעט במרכז וגם מרכז הלחץ שלו קטן משני המפרשים האחרים). כך שבממוצע, מרכז הלחץ של המפרשים הוא במרכז הסירה, בהפלגה במאוזן, כל כוח המפרשים תורם לקידום הסירה.
 
 
  • להב ההגה משפיע המון על מאזן הלחצים בסירה, ובהפלגה בקדמית צריך להיות לחץ קל לעליה על ההגה בכל עת. כלומר, אם נפליג בקדמית ונעזוב את ההגה, הסירה אמורה להסתובב לאט אל מול הרוח (כדי להקטין את היסחפות הסירה הצידה). אך בכל זווית אחרת נרצה לנצל את כל כוח המפרשים לקידום הסירה....
  • נסו במהלך האימונים לעזוב למספר שניות את ההגה, ולפי תגובת הסירה תוכלו לדעת את מאזן הלחצים בסירה, ולאחר מכן אם צריך, לשפר אותו...


    בגלשן רוח העיקרון הזה הוא קריטי... מפני שאין הגה בגלשן, הדרך שלנו לשנות כיוון הוא באמצעות שינוי מיקום מרכז הכוח (CE), ביחס למרכז ההתנגדות CLR)). בכל פעם שנרצה לרדת מהרוח, ניקח את המפרש לכיוון החרטום, ומרכז הלחץ יעבור להיות לפני מרכז ההתנגדות, וכשנרצה לעלות את הרוח, נוריד את המפרש אחורה לכיוון הירכתיים.

     
  • בקדמית ברוחות חלשות, גולשים עם חרב כך שמרכז ההתנגדות נמצא בנקודה הירוקה. לכן נרצה למקם את עקב התורן (המיקום לאורך המסילה) יחסית קדימה, ולנצל את הכוח שמפיק המפרש לקידום הגלשן.
           
  • בקדמית ברוחות חזקות, ובזווית צד ומלאה, כאשר מרימים את החרב (כדי להקטין את החיכוך במים   ), נוצר מצב שבו מרכז הכוח נמצא הרבה יותר קדימה ממרכז ההתנגדות, ולגלשן תהיה נטייה חזקה מאוד לרדת מהרוח. כדי להחזיר את יחסי הכוחות למצב הטוב ביותר, ניקח את עקב התורן אחורה, ומרכז הלחץ יתקרב אל מרכז ההתנגדות אשר נמצא עכשיו באזור הסנפיר.
 
לייבסיטי - בניית אתרים