kysymyksen esittäjä: Sarah
vastaus
purjehduksen alkuajoista lähtien laivojen rakenne on jatkuvasti parantunut niin, että nykyajan nykyaikaiset purjeveneet voivat satunnaisella silmäyksellä antaa vaikutelman, että niillä on kyky kulkea vastatuuleen (vastatuuleen). Todellisuudessa purjevene ei voi kulkea suoraan vastatuuleen, vaan se käyttää purjevenetekniikkaa, joka tunnetaan nimellä ”tacking”, siksakaamaan tuulen yli.
purjeen muoto ja veneen runko ovat tärkeimmät tekijät, joiden ansiosta purjeveneet ovat voineet lähemmin lähestyä vastatuulessa purjehtimisen kykyä. Purjelaivojen alkuvuosina eurooppalaisissa laivoissa oli nelikulmainen purje. Tämä malli mahdollisti ainoastaan suotuisan Tuulen (”ennen tuulta tai tuulta korttelissa”) hylkäämisen. Kaupankäynnin laajentuessa itään eurooppalaiset altistuivat kolmiomaisille purjeille, joita käytettiin pienissä veneissä itämailla. Todettiin, että nämä kolmiomaiset purjeet mahdollistivat navigoinnin käyttäen puolivillaista tuulta (tuuli 90 asteessa veneeseen nähden), mikä lisäsi entisestään aluksen ohjattavuutta ”erityisesti satamassa, missä laivat olivat aiemmin’ kuolleet veteen ’ilman tuulta, jota ei voinut välttää. Eurooppalaisiin aluksiin sisällytettiin kolmiomaiset purjeet etupurjeiden etu-ja takaosaan suunnistaakseen merelle saadakseen suotuisat pasaatituulet, joita nelikulmaiset purjeet voisivat hyödyntää.
kolmiomaisten purjeiden käyttö valittuna purjemuotona muina etuina toteutui. Käyttämällä kolmiomaista purje muotoilu ja keskilauta (overdevelopedkeel), oli mahdollista matkustaa vastatuuleen käyttäen tekniikkaa kutsutaan tacking.
Tacking mahdollistaa veneen kulkemisen eteenpäin Tuulen ollessa suorassa kulmassa veneeseen nähden. Vene kulkee jonkin aikaa kulmassa kohti haluamaansa kurssia (esimerkiksi oikealle), sitten kapteeni heilauttaa purjeen puomia ja suuntaa takaisin halutun kurssin yli kulmassa vasemmalle siksak-tavalla. Tällä tavoin tacking mahdollistaa veneen hyödyntäminentuulen monesta muustakin suunnasta kuin aiemmissa purjehdustavoissa.
koska vene on riippuvainen tuulesta työntövoimanaan, Tuulen voimakkuudella ja tuulen kiinnittämiseen käytetyllä purjeen alueella on ilmeisesti merkitystä ” mutta miten tuuli suorassa kulmassa veneeseen nähden sallii veneen liikkua eteenpäin?
tämä onnistuu hieman vektorimatematiikan avulla. Tuuli on yhtälössä suuri voima-vektori. Kun tuuli työntää likimäärin suorassa kulmassa veneeseen, veneen suuri köli (Vedenalainen siipi muotoinen keskilauta) aiheuttaa erittäin suuren vastusvoiman venettä vastaan työnnetään tuulen suuntaan. Koska köli on linjassa veneen pituuden kanssa, Vene todella haluaa kulkea eteenpäin, ja tuloksena oleva työntövektori on siihen suuntaan.
purjeen muoto antaa myös työntövoimaa eteenpäin. Kun kolmiomainen purje täyttyy tuulen mukana, se luo ilmatyynyn muodon. Kun myöhemmin tuuli kulkee purjeen (airfoil) ympäri,alipaine syntyy purjeen eteen ja leeward puolelle. Tämä inturn saa ympäröivän ilman syöksymään purjeeseen ja työntämään venettä eteenpäin. Tämä purje / ilma-alusta toiminta tiivistyy, koska vene kulkee nopeammin, tuuli purjeen ympärillä luo enemmän alipainetta, jolloin vene matkustaa nopeammin aiheuttaen enemmän negatiivista painetta ja niin edelleen.
vastannut: Stephen Portz, tekniikan Opettaja, Space Coast Middle School, FL