Parece intuitivo que los veleros, impulsados solo por el viento, pueden viajar fácilmente con el viento a sus espaldas, pero puede parecer imposible que se den la vuelta y vuelvan a casa, con el viento soplando directamente contra ellos.
Pero este movimiento inverso es posible porque la vela de un barco en movimiento tiene la forma de un perfil aerodinámico como el ala de un avión. Cuando el aire se mueve sobre el ala de un avión, de adelante hacia atrás, el viento que fluye sobre la parte superior del ala tiene que viajar más lejos que el viento que fluye bajo la superficie inferior del ala. Esto crea una diferencia de presión que levanta el avión.
En un velero, el viento que sopla contra el barco en un ángulo infla la vela, y forma una forma de lámina similar, creando una diferencia de presión que empuja la vela perpendicular a la dirección del viento.
De acuerdo con» The Physics of Sailing Explained » (Sheridan House Inc, 2003), por el profesor de física de la Universidad Estatal de Kent, Bryon D. Anderson, esta fuerza de la forma de lámina de la vela se combina y se equilibra con otras fuerzas, incluidas las de la quilla del barco (la pieza larga y delgada que sobresale del fondo del barco).
Juntas, las fuerzas de arrastre del agua y la presión del viento contra la vela empujan a la embarcación hacia adelante. Se mueve en un ángulo opuesto a la dirección del viento, llamado barlovento en la terminología de navegación.
Según la revista Physics Today del Instituto Americano de Física, la quilla es especialmente importante porque sin su acción de equilibrio, un barco simplemente se desplazaría a favor del viento.
La navegación a barlovento tampoco funciona si un barco apunta directamente frente a la dirección del viento, de acuerdo con la Física de la Navegación. El viento tiene que moverse contra el barco en un ángulo de al menos 40 grados para la mayoría de los buques. La inclinación demasiado brusca hacia el viento hace que las fuerzas en el barco se desequilibren, y mueve el barco hacia los lados en el agua.
Un marinero que tenga la intención de viajar a barlovento hacia un punto exactamente en línea con la dirección del viento tendrá que zigzaguear hacia adelante y hacia atrás para alcanzar su objetivo. Usando esta técnica de «viraje», y viajando en un ángulo lo más cercano posible a la dirección del viento, los marineros pueden alcanzar un punto en cualquier dirección, independientemente de la dirección del viento.
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