TECNICA La tua barca da crociera ha già i foil. Ecco come usarli bene

A lezione con Elio / 1. In questa lezione il “prof” italo-brasiliano Elio Somaschini vi spiega a modo suo che la pala del timone, la deriva, il bulbo, lo scafo e le vele sono foil. Proprio come quelli delle barche volanti della Coppa America! Ecco come usarli bene per navigare meglio, per esempio muovendo il timone con dolcezza

Vi eravate già fermati a pensare che non solo Luna Rossa, ma anche la vostra barca ha i foil? Infatti, la pala del timone, la deriva, il bulbo, lo scafo e le vele sono foil, proprio come quelli delle barche che volano. Adesso vi spieghiamo come le vostre appendici (in primo luogo il timone) devono essere utilizzate con dolcezza, per far andare meglio la vostra barca. Vi renderete conto, nella pratica, dei vantaggi che otterrete con una conduzione più consapevole, sapendo che ad ogni azione corrisponde una reazione.

CHE COSA E’ UN FOIL?

In primo luogo, che cosa è un foil? È la sezione trasversale di un’ala. Immaginate che un’ala sia come un salame. Se lo tagli a fettine sottili, queste fettine si chiamano foil. Dunque, il foil non è un’ala. L’ala è tridimensionale, il foil è bidimensionale. Però è molto importante per studiare le ali perché si ragiona così: studiamo quello che succede su una fettina del salame e poi, ammettendo che le fettine siano tutte uguali, basta unire tutte le fettine e sappiamo quello che succede sul salame, ops… volevo dire, l’ala!

La figura 1 è uno schizzo di un foil della vostra barca, che è in realtà come una fetta della pala del timone. Quando l’acqua arriva esattamente frontale alla pala, una parte va nella parte superiore (estradosso) e un’altra nella inferiore (intradosso). Siccome le due parti hanno la stessa forma, quello che succede nella metà superiore, succede in quella inferiore. Si dice che questo è un foil simmetrico.

Però, se lo incliniamo in relazione al flusso dell’acqua, sorge una forza che possiamo decomporre in due: una perpendicolare al flusso, che si chiama Lift (credo che in italiano si dica sostentamento) e l’altra che si chiama Drag (credo che sia resistenza). Si veda fig. 2.

LA RESISTENZA

Soffermiamoci un po’ sulla resistenza. Chiaro che, minore è la resistenza, più veloce e senza grandi sforzi la nostra barca si muove. Dunque è fondamentale diminuire il drag per veleggiare meglio.

Che cosa produce il drag? Due forze: una è la difficoltà che l’acqua trova per scivolare sulla superficie del foil ed è parallela alla superficie del foil, l’altra è provocata dalla pressione ed è perpendicolare alla superficie del foil. Gli altri tipi di drag non li considereremo.

Immaginate di prendere un pezzo di compensato rettangolare e metterlo perpendicolare al flusso di un  fluido (fig. 3). In questo caso, praticamente non esiste forza di scivolamento, ma la differenza di pressione fra la parte anteriore da dove viene il fluido, e quella posteriore è enorme. Allora una grande forza spinge indietro questo nostro compensato.

Questo è un esempio di drag provocato dalla pressione. Notate che la forza è perpendicolare alla superficie (importante!).

Adesso proviate a mettere il nostro foglio di compensato orizzontale, di modo che il fluido possa scivolare sulla sua superficie. Come si può intuire (correttamente), praticamente non esiste differenza di pressione, però il fluido dovrà scivolare su tutta la superficie del nostro compensato e, più grande sarà la superficie, più grande la forza di resistenza (fig. 4). Importante: in questo caso il drag è parallelo alla superficie!

FLUSSI NON LAMINARI

Vediamo un altro esempio dove il drag della pressione è importante: immaginate una palla che riceve il vento. Nella parte davanti della pallina la pressione diventa grande, poi, nella parte posteriore, la pressione sarà minore. Ecco fatto: se esiste differenza di pressione, esiste una forza che va dalla parte dove la pressione è alta verso dove la pressione è bassa. Poi, siccome l’aria si muove in modo non laminare, ecco che la forza di resistenza diventa molto grande (fig. 5). Per veleggiare bene, dobbiamo a tutti i costi evitare flussi non laminari!

Cosa vuol dire “non laminare?”. Significa che l’aria (o il fluido) acquisisce un movimento caotico, con cavitazioni, scorre con turbolenze. E perché questo succede?

Quando il fluido si muove risalendo la palla, la pressione diminuisce e la velocità del fluido aumenta (questo si chiama gradiente favorevole), però quando il fluido si muove scendendo la palla, la pressione aumenta e la velocità diminuisce  si chiama gradiente sfavorevole. Si veda fig. 6. E qui bisogna guardare ben cosa succede per capire.

Il fluido che si muove in contatto alla superficie ha una velocità minore che quella del fluido un po’ più lontano da essa, per causa della resistenza. Siccome la velocità del fluido aumenta ma quella che è in contatto con la superficie frena, si arriva a un certo punto in cui questa parte “rimane indietro” e lì comincia a staccarsi e creare vortici e turbolenze. In una palla questo succede intorno agli 80º (fig. 7).

E qui vi domando: sapreste dirmi perché dobbiamo fare il twist nella vela principale (sventare), specialmente se il vento diventa più forte e si naviga di bolina o di traverso?

Pensateci, ne parleremo meglio in un’altra puntata, ma la risposta è scritta sopra.

IL SEGRETO? E’ NELLE PALLINE DA GOLF (E NELLE VOSTRE MANI)

Solo per riposare il cervello un pochettino, un bel dettaglio: per fare sì che l’aria non si stacchi a 80º da una pallina, basta fare nella sua superficie piccole scavature! Con ciò quando l’aria scivola sulla superficie, si creano piccole cavitazioni e il flusso si stacca verso i 120º, il che riduce considerabilmente la forza di resistenza (fig. 8).

Adesso sai perché le palline da golf hanno quella superficie che gli permette di andare molto più lontano che se fossero lisce e, quando prenderete il prossimo aereo (covid permettendo!) guardate le ali e (specialmente se è un Boeing) potrete vedere dei piccoli triangoli di alluminio sull’ala. Sono fatti per creare vortici che aiutano l’aria a non staccarsi, riducendo la forza di resistenza, riducendo il consumo di combustibile e aumentando la velocità dell’aereo.

Per capire meglio, sarebbe, più o meno, come quando vi sfregate le mani. Sentite la resistenza (le mani si scaldano!), però se mettete delle matite appoggiate su una mano e vi sfregate sopra l’altra, le matite funzionano come rulli, e le mani scivolano scaldando meno (minore forza di resistenza). Questo fenomeno è importante in meteorologia, quando esistono correnti di aria che si muovono in senso opposto. Nella regione di separazione si creano questi vortici che portano tempeste e cambiamenti rapidissimi di tempo. Molto importante se navighi nei famosi 40 ruggenti o vicino al sud della Islanda.

DALLA TEORIA ALLA PRATICA

Ritorniamo alle nostre barche. Per cercare di far si che il fluido non si stacchi dal profilo si creano i profili aerodinamici (per aria) o idrodinamici (liquidi). Come esempio abbiamo le vele, il timone, il bulbo o lo scafo della barca.

Quando un profilo si muove laminarmente, la resistenza più importante diventa quella del fluido che si muove sulla superficie e, maggiore sarà la superficie, maggiore sarà lo “sfregamento” del fluido, cioè maggiore la resistenza. Rimane un conflitto da risolvere: per evitare che esista resistenza di pressione, l’ala deve essere lunga, larga e sottile, però questo aumenta la superficie e come conseguenza aumenta la resistenza (fig. 9).

Come fare per ridurre questa forza di resistenza creata dal fluido che si muove sulla superficie? Non esiste una risposta unica. Per le nostre barche, importante è mantenere ben pulite le superfici immerse. La pittura anti-vegetativa offre molta resistenza, per questo le barche da regata non la usano, però devono essere ritirate e lavate ogni fin giornata.

Finalmente un consiglio importante: se usate la pala del timone con un angolo di incidenza superiore ai 5º o 6º state frenando la barca perché crea turbolenze (fig. 10)! Quando dovete strambare o fare una virata, non spingete il timone! State frenando la barca e lei avrà difficoltà a girare. Avete mai visto uno che naviga sempre in monoscafo prendere un Hobie Cat 14 per la prima volta? Non riesce a cambiare bordo perché spinge il timone! La barca frena, si mette in faccia al vento, va in stallo e poi va a marcia indietro…

Pensateci, usate il timone con dolcezza! Avrete più velocità, più controllo e maggior sicurezza, virate più veloci, oltre a non forzare e spaccare niente nella vostra barca. Ciao, nella prossima puntata parleremo del lift, la forza di portanza. E del perché sia importante anche sulla vostra barca da crociera!

Elio Somaschini

CHI E’ IL “PROF” VELISTA PIU’ AMATO DEL WEB

Fisico, velista, marinaio (ha navigato per 20 anni intorno al mondo senza strumenti, solo con un orologio). Elio Somaschini, scoperto dal Giornale della Vela, è in breve tempo diventato uno dei “divulgatori” più seguiti del web. Il suo segreto? Ha il dono di rendere semplici e comprensibili a tutti concetti complessi, applicando dei principi fisici alla pratica. Elio vi fa capire il perché state facendo qualcosa. In questo ciclo di lezioni vi spiega come sfruttare al meglio appendici e vele per navigare felici, voi e la vostra barca.

Volete contattare personalmente Elio Somaschini per saperne di più sulla fisica in barca? Volete a verlo a bordo, o per un trasferimento? Scrivetegli a crapun@gmail.com

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