LA FISICA IN BARCA A VELA

1. LA FISICA IN BARCA A VELA

2. Indice • Nomenclatura e nodi Cati, Gianotti, Gori, Pippi • Manovre, andature , precedenze De Salvo, Masi, Scipioni, Stefanoni • Equilibrio e galleggiamento Amerighi, Guazzini, Pacini, Scarselli, Xie • Il vento sulle vele Cafissi, Cambini, Carmagnini, Degl’Innocenti • Portanza e resistenza Falconi, Guernieri, Tempesti, Turano

3. Nomenclatura e nodi

4. INTRODUZIONE La barca a vela è un tipo di imbarcazione la cui propulsione è affidata principalmente al vento.Il vero motore di questa imbarcazione è la vela, che trasforma la forza del vento in spinta sullo scafo.Ogni vela ha il proprio centro di pressione; ogni imbarcazione ha il proprio centro velico (CV), che è il punto di applicazione della forza risultante di tutte le forze del vento che agiscono su ogni vela. Il Centro velico non ha una posizione fissa, ma si sposta a seconda delle manovre: dalla sua posizione dipendono l’equilibrio e la stabilità dell’imbarcazione. Le barche a vela possono essere monoscafo o multiscafo: se a due scafi sono dette catamarani, se a tre trimarani.Le barche a vela si possono distinguere in:- derive, piccole barche da diporto tra i 2 ed i 6 metri, non abitabili e senza motore. Queste Si dividono in derive da regata o diporto e derive da passeggiata nautica.- barche a chiglia, dotate di una chiglia appesantita, attrezzate per un viaggio ed una permanenza più lunghi.

5. Nomenclatura • Prua: parte anteriore della barca. • Poppa: parte posteriore della barca. • Scafo: si suddivide in prua e poppa. • Coperta: parte calpestabile della barca. • Timone: strumento grazie al quale la barca può girare a destra e a sinistra. • Deriva: protuberanza fissa o mobile, che impedisce che la barca si muova trasversalmente. • Randa: vela principale. • Fiocco: vela secondaria situata in prua. • Albero: lungo tubo di legno che si sviluppa verticalmente, vi sono agganciate le vele e vi è collegato il Boma. • Boma: parte mobile che permette il cambio di mure, a cui sono agganciate la randa e l’albero. • Mure: lato dal quale una barca a vela riceve il vento. • Balumina: lato opposto a quello inferitura. • Inferitura: lato della vela che va dall’angolo di penna all’angolo di mura. • Sartia: cavi fissi disposti lateralmente verso poppa usati come risposta all’albero.

6. ALBERO FIOCCO RANDA VANG BOMA PRUA POPPA DERIVA TIMONE

7. I nodi Il nodo consiste in uno o più avvolgimenti e ripiegature successive di una spira di corda sulla corda stessa o intorno ad un'altra corda o ad un oggetto.I nodi sono stati storicamente suddivisi in categorie in base principalmente a due parametri: le loro caratteristiche meccaniche peculiari e la loro adattabilità ad un determinato uso. Le categorie principali nelle quali avviene la suddivisione sono: • nodi di arresto: utilizzati per arrestarne la corsa ed impedirne la fuoriuscita dalla sua sede; • nodi di giunzione: eseguiti in contemporanea su due corde servono a congiungerle temporaneamente; • nodi di avvolgimento: servono ad assicurare una corda ad un oggetto o ad una corda precedentemente tesa e sono eseguiti avvolgendo la corda direttamente sull'oggetto. • nodi autobloccanti: Sono nodi che vengono utilizzati per collegare due corde, in modo che una scorra sull'altra e che possa frenarsi o rallentarsi se sottoposta ad un carico. • nodi di accorciamento: hanno la funzione di accorciare una corda lunga, anche di svariati metri, con l'evidente vantaggio di non doverla tagliare.

9. Nodo piano Il nodo piano è uno dei più comuni e semplici nodi di giunzione. È usato generalmente per unire due corde di uguali dimensioni.

10. Nodo Savoia Il nodo savoia (o nodo a otto, nodo d'arresto, nodo d'amore, o semplicemente savoia) appartiene alla categoria deinodi d'arresto. Questo tipo di nodo può essere eseguito su qualsiasi tipo di corda, anche se può presentare qualche problema con le cime elastiche in caso di cicli di carico e scarico a bassa tensione. Sicuramente è il più famoso nodo d'arresto, grazie soprattutto al pregio di non stringersi eccessivamente e di non usurare o indebolire il cavo.

11. Gassa d'Amante La gassa d'amante (o nodo di Bulin, nodo bolina, nodo bulino, cappio del bombardiere, o semplicemente gassa) Questo tipo di nodo può essere eseguito su qualsiasi tipo di corda ma può presentare qualche problema con le cime elastiche in caso di cicli di carico e scarico a bassa tensione. Il pregio principale di questo nodo è che anche se molto sicuro, può essere sciolta facilmente, anche quando la corda è bagnata. Può essere velocemente eseguito anche solamente con una mano, e, quindi in condizioni d'emergenza e di maggior difficoltà. La gassa d'amante, come gli altri nodi ad occhiello, può essere fatto per essere successivamente passato sopra un oggetto come una bitta. Ma diversamente da molti altri nodi ad occhiello, la gassa permette che il corrente passi attraverso un anello prima che il nodo sia legato.

12. Nodo Inglese Questo nodo deve il suo nome al fatto di essere stato inventato da un inglese. Il nodo Inglese (o nodo d'acqua e/o nodo del pescatore) e un nodo di giunzione che viene solitamente eseguito su lenze, spaghi e cavi di piccolo diametro. Difficilmente trova impiego nella nautica, in quanto l'esecuzione su cavi di grosso e medio diametro renderebbe il nodo meno resistente del cavo e quindi non utilizzabile. Il Nodo Inglese consiste in due nodi semplici intrecciati che fanno forza l'uno su l'altro.

13. Glossario • Assuccare: Stringere un nodo ( mettere in tensione una manovra o un cavo in bando) • Bozzello: è sinonimo di carrucola. Il bozzello semplice serve per modificare la direzione con cui si muovono i cavi. I bozzelli multipli, invece, uniti ad altri bozzelli formano i paranchi. • Paranchi: sistemi di funi che richiedono una minor applicazione di forza per vincere alcune resistenze. • Cavo: Corda o fune. • Cima: Fune di media lunghezza. • Collo: un giro completo di un cavo attorno ad un oggetto. • Commettitura: operazione di torsione dei legnuoli che uniti formano un cavo. • Doppino: ripiegamento di un cavo su se stesso. • Gomena: Cavo con un lungo diametro. • Impiombatura: Unione di due cavi ottenuta intrecciando i legnuoli. • Impalmatura: legatura effettuata grazie ad uno spago messo all'estremità dei cavi affinchè non si sciolgano. • Intugliatura: unione di due cavi grazie a nodi di giunzione. • Legnuolo: Due o più filati uniti per torcitura (dall'unione di questi si ottiene un cavo)

14. La Rosa dei Venti. • La rosa dei venti è la rappresentazione schematica dei punti cardinali: nord, sud, est ed ovest e delle direzioni da questi determinate. • La rosa dei venti più semplice è quella a 4 punte formata dai soli quattro punti cardinali: • Nord (N 0°) anche detto settentrione o mezzanotte. • Est (E 90°) anche detto oriente o levante. • Sud (S 180°) anche detto meridione. • Ovest (W 270°) anche detto occidente o ponente. • Tra i quattro punti cardinali principali si possono fissare 4 punti intermedi

16. Realizzato da… Silvia Gianotti Laura Gori Viola Pippi Margherita Cati indice

17. Le principali manovre in una barca a vela sono: Orzata Virata Poggiata Strambata Le manovre indice

18. Modifica di rotta verso il vento. Avvicinare la prua alla direzione del vento L’orzata si ha quando dall’andatura in poppa si passa all’andatura di Gran Lasco per poi arrivare alla bolina. Si porta la prua della barca verso la direzione del vento, spingendo la barra del timone sottovento verso le vele. Per mantenere la velocità della barca è necessario che dopo l’azione del timone le vele siano cazzate. Durante l’orzata è possibile cambiare la posizione del centro velico, oltre che col timone e con l’azione delle vele, con lo spostamento dell’equipaggio. Orzare

20. Per sempre me ne andrò per questi lidi,Tra la sabbia e la schiuma del mare.L'alta marea cancellerà le mie impronte,E il vento disperderà la schiuma.Ma il mare e la spiaggia dureranno In eterno. (Kahlil Gibran, 1926) Manovre

21. La Virata E’ la manovra di cambio di direzione che si effettua portando la prua in direzione del vento, stringendo l'angolo di bolinavento sul bordo opposto e conseguente cambio delle mure delle vele con orientamento al nuovo angolo di provenienza del vento. Siamo in andatura di bolina ad esempio con mure a sinistra • Portiamo la barra del timone sottovento: la prua comincia ad avvicinarsi alla direzione del vento. Laschiamo il fiocco e poi leggermente la randa. • La barca si trova ora controvento e le vele sbattono. Continuiamo a tenere la barra sottovento…; • Siamo di bolina con le mure contrarie e rimettiamo la barra del timone al centro per non poggiare: cazziamo le vele e continuiamo di bolina mure a dritta.

23. Possibili errori I principali errori della virata possono essere: Non aver dato alla barca una velocità sufficiente all’inizio della virata; Fiocco mollato troppo presto; Azione insufficiente del timone; Manovre eseguite troppo bruscamente in relazione alla velocità e alla forza del vento;

24. Gli occhi fissati in quel lembo di luna rilucente a fili d'acqua portano la mente a ricordare. Antichi ma vivi sono i palpiti d'amore la voce si fa lieve nel rimembrare un grido sulla pelle ricama nuove emozioni. Trame tessute su corpi nudi avvolti in lenzuola di sabbia inventano l'alba di un nuovo giorno. Onde impazzite nel mare inseguendosi cancellano ciò che la mente non riesce a fare. Manovre

25. Modifica della rotta per allontanarsi dalla direzione del vento fino a quando inizia l’abbattuta. Per eseguire una poggiata l’equipaggio non deve occuparsi solo del timone ma anche delle scotte filando quella della randa in maggior misura e prima di quella del fiocco. In una poggiata la randa troppo cazzata fa sbandare la barca con il rischio di rovesciarla,e obbliga il timoniere ad un forte sforzo sul timone, quindi si deve lascare le vele. La vela che porta alla poggiata è il fiocco. Nella poggiata è determinante l’azione dell’equipaggio dato che per eliminare l’azione frenante del timone l’equipaggio deve occuparsi del centro velico. Poggiare

27. Silenziosa e leggera ti fai sospingere dalla leggera brezza della sera. Solchi i mari sembri quasi trasparente sospesa sull'acqua. Solo un leggero fruscio accompagna il tuo viaggio nella calma del tramonto. Sei come la mia vita persa nel mare della mia solitudine. Manovre

28. Abbattuta o Strambata Una barca inizia l'abbattuta dal momento in cui, col vento in poppa, la base della sua randa taglia la linea mediana dell’imbarcazione, e termina l'abbattuta quando la randa si è riempita sull'altro bordo.

29. W Siamo in andatura di poppa ad esempio con mure a sinistra (fig.1). • Portiamo la barra del timone sopravento: la prua comincia ad allontanarsi dalla direzione del vento. • Portiamo la randa in centro barca (fig.2) e facciamola passare alla parte opposta. Teniamo ancora un po’ la barra sopravento. • La barca si trova ora in poppa mure a dritta(fig.3) e le vele sono lascate. Portiamo subito la barra in centro per non cominciare a orzare. 1 2 3

30. Il mare gioca con gli scogli e li accarezza dolcementeoppure si abbatte su di loro con forza e li plasma a suo volere … Manovre

31. Regole principali per la precedenza La barca che utilizza le vele come mezzo di locomozione ha la precedenza sulle barche a motore. La barca a vela e le barche a motore devono dare sempre precedenze a tutte le imbarcazioni a lavoro. Tra barche a vela ha la precedenza quella con le mure a dritta. Tra barche a vela con le stesse mura ha sempre la precedenza quella che si trova sottovento.

32. Dolci silenzi mi accompagnano mentre lo sguardo del mare arricchisce il cuore, libera la mente. Parole incise in un diario fanno da eco fra le onde, sembrano perdersi oltre le nuvole là dove l'orizzonte apre all'infinito. Il vento modula suoni con la luce non spegne il suo soffio, tarda a morire, si confonde in volo con ali di gabbiani. Sotto la pelle ambrata caldo scorre il sangue pulsa nelle vene e tutto si fa memoria. Lara Stefanoni Giulia Di Salvo indice

33. Le andature Simone Masi Lisa Scipioni

34. Sempre il mare, uomo libero, amerai! Perché il mare è il tuo specchio; tu contempli nell’infinito svolgersi dell’onda l’anima tua, e un abisso è il tuo spirito non meno amaro. Charles Baudelaire

35. Andature • Si definiscono andature i diversi modi di avanzare che un'imbarcazione a vela assume rispetto alla direzione del vento.

37. Le andature che una barca può tenere sono: Andature contro il vento: • La bolina è un'andatura che consente alla barca a vela di risalire il vento mantenendo un angolo con il vento reale mediamente tra i 60° e i 37°. Questo angolo è variabile a seconda del tipo di imbarcazione e al tipo di invelatura che essa supporta.La bolina si distingue, quindi in: • bolina stretta (40 - 45 gradi al vento reale) • bolina larga (45 - 55 gradi al vento reale ) Bolina: la freccia azzurra indica la spinta laterale generata dalla depressione sul lato sottovento della vela; tale spinta può essere scomposta in due vettori, quello nero, che viene annullato dalla resistenza uguale e contraria generata dalla deriva immersa nell'acqua, e quello blu, che è la risultante spinta all'avanzamento della barca a vela

38. Andatura al traverso: • Il traverso è un tipo di andatura caratterizzata dal fatto che il vento ha una direzione perpendicolare a quella della barca (90°). Vedi barca rossa a fianco

39. Andature portanti: • Il lasco è un’andatura intermedia tra il traverso e la poppa caratterizzato dal fatto che il vento soffia di lato all’imbarcazione (100°- 130° ). • Il gran lasco (o di buon braccio) per il vento che proviene una quarta fino a due quarte * (150°). * La direzione del vento viene indicata convenzionalmente in quarte, che forniscono un'indicazione immediatamente comprensibile al conduttore della barca e ai marinai delle regolazioni da effettuare sulle vele.

40. Andature in poppa: • al giardinetto per il vento proveniente tra le due e le quattro quarte da poppa. • in poppa detto anche in fil di ruota, per il vento parallelo al piano longitudinale dell'imbarcazione. In questa andatura l'imbarcazione procede nella stessa (o quasi) direzione del vento. Quest‘ andatura è estremamente pericolosa in quanto un rapido cambio della direzione del vento può far strambare senza preavviso.

41. Mure a dritta e mure a sinistra • Mure a dritta: quando il vento soffia dal lato destro e le vele si trovano quindi a sinistra dell'asse longitudinale della barca • Mure a sinistra: quando il vento soffia dal lato sinistro e le vele si trovano quindi a destra dell'asse longitudinale della barca

42. indice

43. Equilibrio e Galleggiamento Isabella Scarselli Francesca Xie Martina Pacini Linda Guazzini Elisa Amerighi

44. La resistenza dello scafo Ci sono diversi strati d’acqua che influiscono sull’avanzamento dello scafo: il primo strato aderisce alla parte inferiore della barca, il secondo strato più esterno allo scafo comincia a scorrere sul primo. Il terzo strato scorre più velocemente sul secondo. Il quarto scorre ancora meglio sul terzo fino a che l’ultimo strato riesce finalmente a staccarsi dall’acqua circostante. Il flusso laminare è formato da questi strati che scivolano l’uno sull’altro. Quando la velocità dello scafo aumenta, il movimento laminare di questi strati diventa sempre più turbolento. Per far scivolare meglio la barca sull’acqua, si cerca di ridurre la parte immersa dello scafo.

45. Quando la velocità è bassa, lo scafo viene maggiormente influenzato dalla forza d’attrito. A mano a mano che si aumenta la velocità entra in gioco una nuova resistenza dovuta alle onde formatesi dallo sforzo dello scafo per aprirsi la strada nell’acqua. Quando è sotto l’azione del vento, la barca a vela tende a scarrocciare di traverso cioè a spostarsi lateralmente. Quando la barca aumenta di velocità, le onde trasversali sono più lunghe e più alte e quando lo scafo ha la sua massima velocità, viene sostenuto da una sola onda che ha una cresta sotto la poppa e l’altra sotto la prua. L’opera viva è la parte dello scafo sotto l’acqua che influisce sul galleggiamento. L’opera morta è la parte fuori dall’acqua. Se uno scafo è ulteriormente immerso, la spinta che lo riporta in superficie è in relazione al volume dell’opera viva più quello dell’opera morta.

46. Stabilità dello scafo La stabilità è un elemento importante di sicurezza ed è la capacità di opporsi al capovolgimento, provocato dal vento e dal moto ondoso. Si ha stabilità di forma quando gli scafi sono pieni e con una forma arrotondata e stabilità di peso grazie alle zavorre (pesi che servono per impedire il ribaltamento) poste nella chiglia. In entrambi i casi la stabilità dipende dalla posizione di due importanti punti dell’imbarcazione: il centro di gravità e il centro di spinta. Il centro di gravità è il punto di applicazione della risultante dei vari pesi che compongono il carico. Il centro di spintapunto d’applicazione della risultante di tutte le forze che la spinta dell’acqua esercita sullo scafo. (Spinta di Archimede) Il peso agisce sul centro di gravità (G) e la spinta di Archimede passa per il centro di carena o di spinta (C).

47. Se un’onda sposta lo scafo di un certo angolovaria laforma della parte di scafo immersa, il Centro di CarenaC si sposterà in C’ e ci sarà una nuova spinta verticale S applicata a C’; dall’azione della forza di peso P(semprerivolta verso il basso) e di quella di spinta S (sempre rivolta verso l’alto) nasce la coppia raddrizzante(o momento di stabilità)che tende a far ruotare lo scafo e a riportarlo nella sua posizione dritta. Le dueforze (P ed S) uguali e contrarie agiscono finchè C e G non sono tornati in una posizione di equilibrio,cioè sulla stessa verticale. Il metacentro è il punto d’intersezione tra il piano di simmetria e la nuova spinta S innalzata dal centro di carena spostato C’. L’ altezza metacentrica è la distanza tra il metacentro e il baricentro. Più grande è l’ altezza metacentrica, più grande sarà la coppia raddrizzante X e quindi l’imbarcazione sarà più stabile.La stabilità si ha quando il metacentro è al di sopra del baricentro. Se M cade sotto G la tendenza della coppia di forze si inverte e lo scafo inizia a capovolgersi.

48. La stabilità di peso: G si trova al di sotto di C, per il peso della chiglia zavorrata. La barca è più stabile perché il baricentro si abbassa molto. La distanza tra la retta d’azione della spinta d’ Archimede e la retta d’ azione del peso aumenta, generando così un momento raddrizzante maggiore che tende a rendere più stabile la chiglia. La stabilità di forma G si trova al di sopra di C. In una chiglia larga anche piccoli sbandamenti provocano un allargamento della distanza tra la retta d’azione della spinta di Archimede e quella del peso. Quindi si genera un maggiore equilibrio.

49. La spinta di Archimede Se un corpo solido viene immerso in un liquido riceve una spinta dal basso verso l’ alto applicata al centro di carena C pari al peso P (applicato al Centro di gravita G) del volume d’acqua spostato. Questa spinta si chiama spinta idrostatica. Infatti il corpo immerso nel liquido peserà di meno. Il primo che studiò questo fenomeno è Archimede,matematico siracusano vissuto dal 287 al 212 a.C. Archimede scoprì che un corpo immerso in un liquido riceve da esso una spinta verso l’alto,detta spinta di Archimede,uguale al peso del liquido che sposta. m = massa del liquido Peso del liquido spostato: mg = dgv g = costante di Archimede d = densità del liquido v = volume del liquido spostato S = spinta di Archimede Applicando il principio di Archimede: S = dvg

50. Perché un corpo galleggia Sul corpo agiscono quindi 2 forze: la forza peso, che spinge verso il basso, e la spinta di Archimede che spinge verso l’ alto. Se P>S il corpo si muove verso il basso. Il peso è maggiore della spinta di Archimede quando la densità del corpo è maggiore di quella del liquido. Se P<S il corpo viene spinto verso l’alto e galleggia. Quando il corpo è parzialmente fuori dal liquido, il volume della parte immersa diminuisce e quindi anche la spinta di Archimede diminuisce. Il corpo continua a galleggiare finché la spinta diventa uguale al peso e si ha l’ equilibrio. Se un corpo galleggia una parte sta immersa nell’ acqua e una sta fuori. In questo caso bisogna considerare la parte immersa. Ve/ Vi = Di-Dc/ Dc Ve = volume emerso Di = densità liquido Vi = volume immerso Dc = densità corpo