Превышаем скорость ветра или нет?

[Aleks123]

парус ничего не знает об истинном ветре - на него действует вымпельный, и именно от скорости и направления вымпельного ветра зависит тяга, которую генерирует парус под действием ветра (вымпельного).

Я извиняюсь, но если пользоваться такими терминами, то парус также ничего не знает про вымпельный ветер.)))
Вымпельный ветер это фактически векторная сумма истинного ветра и встречного ветра. Истинный ветер создаёт тягу, это так сказать "газ", а встречный ветер "тормоз". Для того, чтобы разобраться в физике явления не нужно смешивать в одну кучу газ и тормоз, нужно общую силу, действующую на парус, разложить на две более простые силы. В физике всегда, чтобы разобраться в явлении, общую силу раскладывают на несколько более простых сил и затем анализируют, что куда действует и что из этого выходит.
Ещё раз - не вымпельный ветер создаёт тягу, а истинный, не вымпельный ветер тормозит, а встречный. Вымпельный ветер - это векторная сумма ИВ и ВВ.
Открывая и закрывая парус мы с одной стороны изменяем тягу ИВ, а с другой стороны изменяем сопротивление ВВ. При одной и той же мгновенной скорости в какой-то момент времени чем больше открыт парус, тем меньше тяга ИВ и больше сопротивление ВВ. И наоборот - чем больше закрыт парус, тем больше тяга ИВ и меньше сопротивление ВВ. Как то так.
Еще хочу добавить - закрывая парус, мы увеличиваем тягу ИВ до определенного момента, затем тяга начинает уменьшаться. При каком угле закрытия паруса тяга максимальна, фиг его знает, может при 10 градусах, может при 20, вот тут уже надо привлекать аэродинамику и учитывать форму паруса, т.к. при разной форме паруса, разной набивке паруса и разной силе ИВ этот угол будет разным.
А что касается яхты, то если её вывести каким-то способом на глиссирование, то она тоже вероятно помчится быстрее скорости истинного ветра.

Во-первых, если бы даже "сила действия истинного ветра на парус" оставалась постоянной, это не объясняло бы, почему парусник движется (может двигаться) быстрее ветра.

Ещё как объясняет. Ещё раз - если на тело действует постоянная сила, то это тело движется с постоянным ускорением(второй закон Ньютона), и соответственно скорость может быть какая угодно. Естественно, что в реальности имеется сопротивление воды и встречного воздуха. Виндсерферы эти сопротивления уменьшают до минимума, чтобы идти быстрее скорости истинного ветра. Сопротивление воды уменьшается, когда доска переходит на глиссирование, а сопротивление встречного ветра уменьшается расположением паруса с как можно меньшим углом к направлению движения доски. Естественно, если идти в водоизмещающем режиме, да с маленьким парусом, то скорость доски будет меньше скорости ветра, так что превысить скорость ветра виндсерфер может не всегда. Но мы говорим о том, что в принципе при определенных условиях это возможно и имхо это объясняется именно тем, что тяга ветра на парус на галфинде не уменьшается с увеличением скорости доски. Во всяком случае ТС попросил дать объяснение, почему это возможно, а не почему в определенных условиях это не возможно или при каких условиях это невозможно.

Хотя может остаться тяга, например, от движущейся воды на поверхности волны, которая позволит доске поддерживать скорость равную и даже большую скорости ветра.

А что, скорость волны может быть больше скорости ветра, который эти волны создаёт? Я не в курсе.

[ALEX3M]

Сообщение от Aleks123

Я извиняюсь, но если пользоваться такими терминами, то парус также ничего не знает про вымпельный ветер.)))
Вымпельный ветер это фактически векторная сумма истинного ветра и встречного ветра. Истинный ветер создаёт тягу, это так сказать "газ", а встречный ветер "тормоз".

Ладно, в галфинд все просто.
А вот как вы в бакштаг будете обьяснять?

[latad]

Сообщение от Alexandre678

А если вспомнить, что мировой рекорд скорости на виндсерфинге на дистанции 500 метров Альбо 2015 года, 53,27 узла установлен в условиях, когда порывы ветра достигали 65 узлов? Очевидно, что по крайней мере на отдельных участках своего рекордного заезда, г-н Альбо ехал медленнее скорости ветра. Как вам такой парадокс?

Никакого парадокса. Чем ближе к физическому пределу конкретного устройства - тех ниже КПД.
Поинтересуйтесь при какой скорости ветра был поставлен рекорд под парусом 120 км/ч с гаком. И это не мгновенный замер, а средняя на дистанции полмили.
Что касается gps, то его точность сильно зависит даже от типа приёмника и его ПО, если не считать внешних факторов.

Если что, ветер там был до 10м/с в пике.

[Dim]

в бакштаг всё ровно тоже самое, ведь вымпельный ветер не отрицается таким объяснением. На бакштаге с большим превышением истинного ветра, вымпельный будет примерно под таким же углом, как и на галфинде при меньшем превышении. И в обоих случаях дуть будет в лоб (грубо говоря, под углом конечно).
Но такое объяснение как-то совсем не учитывает магию крыла паруса) Конструкторы бъются за профиль, латы то так то сяк гнут, твисты всякие.. А тут разложили ветер по векторам - вот и скорость. Т.е. хоть фанерку в руки возьми. Разложение по векторам от этого не изменится.

[ALEX3M]

Сообщение от Dim

в бакштаг всё ровно тоже самое, ведь вымпельный ветер не отрицается таким объяснением. На бакштаге с большим превышением истинного ветра, вымпельный будет примерно под таким же углом, как и на галфинде при меньшем превышении. И в обоих случаях дуть будет в лоб (грубо говоря, под углом конечно).
Но такое объяснение как-то совсем не учитывает магию крыла паруса) Конструкторы бъются за профиль, латы то так то сяк гнут, твисты всякие.. А тут разложили ветер по векторам - вот и скорость. Т.е. хоть фанерку в руки возьми. Разложение по векторам от этого не изменится.

Слышали когда нибудь про "угол потерь"
и курс, при котором скорость - максимальная?

[lop]

Сообщение от Alexandre678

Сама постановка вопроса в первом посте темы неправильна. Все равно что спросить, превышает ли скорость автомобиля его мощность. Путаница возникает из-за того, что скорость движения и сила ветра могут измеряться в одних единицах.
Скорость определяется не силой ветра, а установившимся равновесием между движущей силой и силой сопротивления движению. Обе силы зависят от многих факторов, дизайна парусного судна, состояния водной поверхности, курса судна , действий экипажа, в том числе и от силы ветра. Ветер только один из многих факторов, причем от скорости ветра и сила сопротивления и движущая сила зависят нелинейно. Поэтому соотношение между скоростью движения и скоростью ветра, их равенство или превышение - случайное совпадение. Измеряйте скорость движения и силу ветра в разных единицах, например км/час и узлы, и соблазн сравнивать их пропадет.
Это и надо объяснить начинающему, а все прочие рассуждения - лишние подробности, которые только затемняют суть дела.

Величина скорости движения тела ли, воздушного потока ли измеряется в единицах скорости. Это общая физическая (кинематическая) характеристика движения. А скорость автомобиля и его мощность это разные физические величины, у них разные (принципиально) единицы измерения. Сила ветра - величина не системная, можно сказать - изначально не вполне научная, хотя позднее ей в соответствие были поставлены диапазоны скоростей ветра, эквивалентные примерно той или иной величине силы ветра - балльности. Вы говорите о какой-то возникающей путанице, но вместо её распутывания только ещё больше пудрите мозги. Зачем?
Рассмотрим равновесие тяги и сопротивления.
Скорость вымпельного ветра и площадь паруса -два основных фактора, определяющих возможную тягу паруса. Поскольку речь идёт именно о вымпельном ветре, то на величину тяги, кроме величины скорости истинного ветра, влияют также курс доски и её скорость.
Дизайн-шмизайн паруса тоже конечно влияет на тягу, но в рамках данной темы этим влиянием можно пренебречь. Можно нарисовать график зависимости тяги паруса от скорости доски при заданном курсе и заданной скорости истинного ветра, это будет некая кривая.
С ростом скорости доски тяга может вначале расти за счёт увеличения скорости вымпельного ветра, а затем уменьшается из-за того, что вымпельный становится слишком острым; у тихоходных водоизмещающих парусников тяга с ростом скорости монотонно снижается.
Принципиальный момент: раз тяга паруса зависит от скорости ветра, то чем больше скорость ветра, тем больше тяга паруса при той же скорости доски.


Сопротивление доски определяется её собственной скоростью, весом и формой. Как и тяга паруса оно зависит от курса, но гораздо слабее: на острых курсах оно немного больше, на полных - меньше.
Принципиальный момент: сопротивление практически не зависит от скорости ветра, для любого ветра это одна и та же кривая.

Итак: тяга с ростом скорости снижается, сопротивление - растёт, на некоторой скорости они сравниваются и наступает равновесие - скорость доски становится постоянной. И здесь возможны 3 варианта: 1) скорость доски при этом меньше скорости истинного ветра и 2) скорость доски равна скорости истинного ветра. 3) скорость доски больше скорости истинного ветра.



Какой из вариантов реализуется, зависит, в первую очередь, от того достаточно ли медленно растёт сопротивление со скоростью доски, и, во вторую, достаточна ли скорость ветра, чтобы при скорости доски, равной скорости ветра, тяга паруса была выше, чем сопротивление доски.
Ещё один важный фактор, который я умышленно не рассматриваю, во избежание запудривания мозгов - способность нести парус данной площади ограничена возможностью тушки противодействовать боковой силе. Это приводит к тому, что с ростом скорости ветра сверх некоторого предела, зависящего от нашего веса, мы вынуждены уменьшать площадь паруса, а это приводит к тому, что рост тяги тоже ограничен. Но в умеренный ветер обычная фрирайдовая доска с обычным ненавороченым парусом вполне способна идти со средней скоростью, превышающей среднюю скорость истинного ветра.

[lop]

Сообщение от Aleks123

Я извиняюсь, но если пользоваться такими терминами, то парус также ничего не знает про вымпельный ветер.)))
Вымпельный ветер это фактически векторная сумма истинного ветра и встречного ветра. Истинный ветер создаёт тягу, это так сказать "газ", а встречный ветер "тормоз". ...

ОК. Осталось объяснить простому человеку на основании 2 закона Ньютона и разложения векторов, без привлечения всякой непонятной лабуды вроде гидроаэромеханики, каким образом истинный ветер, дующий (действующий) строго поперёк курса доски, создаёт на парусе силу, действующую вдоль курса доски. Ведь у Ньютона ещё и третий закон имеецо.

Для того, чтобы разобраться в физике явления не нужно смешивать в одну кучу газ и тормоз, нужно общую силу, действующую на парус, разложить на две более простые силы. В физике всегда, чтобы разобраться в явлении, общую силу раскладывают на несколько более простых сил и затем анализируют, что куда действует и что из этого выходит.

Чтобы начать раскладывать общую силу на составляющие, надобно сначала узнать, какова величина этой общей силы и куда она направлена. Иначе раскладывание можно уподобить разделу шкуры неубитого медведя.

Ещё раз - не вымпельный ветер создаёт тягу, а истинный, не вымпельный ветер тормозит, а встречный. Вымпельный ветер - это векторная сумма ИВ и ВВ.
Открывая и закрывая парус мы с одной стороны изменяем тягу ИВ, а с другой стороны изменяем сопротивление ВВ. При одной и той же мгновенной скорости в какой-то момент времени чем больше открыт парус, тем меньше тяга ИВ и больше сопротивление ВВ. И наоборот - чем больше закрыт парус, тем больше тяга ИВ и меньше сопротивление ВВ. Как то так.

Это как-то не так. Когда мы "открываем" парус, мы уменьшаем обе составляющие. Собственно, если идя в галфвинд вы растравите парус, то тяга паруса упадёт до нуля, скорость доски тоже упадёт до нуля, встречный ветер прекратится, а значит и ваш "тормоз" тоже станет нулевым.

Еще хочу добавить - закрывая парус, мы увеличиваем тягу ИВ до определенного момента, затем тяга начинает уменьшаться. При каком угле закрытия паруса тяга максимальна, фиг его знает, может при 10 градусах, может при 20, вот тут уже надо привлекать аэродинамику и учитывать форму паруса, т.к. при разной форме паруса, разной набивке паруса и разной силе ИВ этот угол будет разным.

Хрен с ним, с углом, главное - объясните, хотя бы себе, как истинный ветер создаёт тягу и почему доска вообще едет, если встречный ветер тую тягу убивает сопротивлением. Прежде чем что-либо разлагать, надо определиться с системой координат, в которой вы собираетесь это разложение производить. Тяга паруса направлена вдоль вектора скорости доски, а сопротивление (чего бы то ни было) - тоже вдоль вектора скорости доски, но в противоположном тяге направлении. Парус, как ни раскладывай составляющие полной на него силы, может либо тянуть доску, либо её тормозить. У вас он делает и то, и другое одновременно.

А что касается яхты, то если её вывести каким-то способом на глиссирование, то она тоже вероятно помчится быстрее скорости истинного ветра.
...

Ну да, буксиром, например. Глистирующим.

А что, скорость волны может быть больше скорости ветра, который эти волны создаёт? Я не в курсе.

Может. Например, дул сильный ветер, а потом кончился. Но волна осталась и бежит так же быстро, хотя ветра уже нет. Вообще-то я говорил не о (фазовой) скорости самой волны, а скорости воды на поверхности волны, которая бывает разная. Серфинг видели? Там ветра иногда вообще нет, а скорость доски, даже без паруса, вполне приличная. Патамушта паруса нет и тормозить нечему

[Alexandre678]

Немного порывшись в интернете, обнаружил, что, как и всегда, все уже написано до нас)) Поэтому счел полезным привести здесь статью из журнала Boards, немного подредактировал перевод для удобства чтения.
Науко о скорости.pdf
Оригинал статьи здесь:
https://boards.co.uk/how-to/how-fast...-of-speed.html

[mm7]

Сообщение от Alexandre678

Просто исходная посылка неверна. Виндсерфинг не превышает скорость ветра, а лишь может ее превышать при благоприятных условиях. Забавно, что более 30 страниц и 8 лет потрачены в попытках доказать неверное утверждение.

Виндсерфинг превышает скорость ветра. Но обычно это происходит на медленных скоростях. Скажем формула может превышать скорость ветра в 2 раза, когда дует 10-12 уз.
Теоретически парусник с косым парусом может превышать скорость ветра в N количество раз. N зависит от сопротивления. Например у ледового буера оно очень маленькое и он превышает в 3 с лишним раза. При сопротивлении стремящемся к 0 N стремится к бесконечности.
На рекордах ВС, обычно, скорость ветра не превышается.
Альбо не мог закрыть парус на порывах не оттого, что ссал. А просто веса тушки не хватит, чтобы откренить закрытый парус.

Сообщение от Alexandre678

Поэтому счел полезным привести здесь статью из журнала Boards
https://boards.co.uk/how-to/how-fast...-of-speed.html

Молодец, что открыл для себя эту статью.
Мы читали ее несколько лет назад.

[Alexandre678]

Сообщение от mm7

Молодец, что открыл для себя эту статью.
Мы читали ее несколько лет назад.

Если так, то согласен, я допустил бестактность и поставил себя в глупое положение. Совершенно недопустимо писать что-либо в теме, не прочитав ее перед этим целиком.
Лично у меня после прочтения статьи в Boards вопросов не осталось. Но 38 (попугаев) страниц темы теперь придется прочитать

[Aleks123]

Осталось объяснить простому человеку на основании 2 закона Ньютона и разложения векторов, без привлечения всякой непонятной лабуды вроде гидроаэромеханики, каким образом истинный ветер, дующий (действующий) строго поперёк курса доски, создаёт на парусе силу, действующую вдоль курса доски.

Ну во-первых ТС просил дать простое объяснение, почему виндсерф в принципе может развивать скорость большую, чем скорость ИВ и как я понял, не улубляясь в гидро и аэродинамику, принимая как аксиому, возможно исходя из собственного опыта, что ИВ создаёт тягу, ну если не строго вдоль курса доски, но под достаточным острым углом к курсу, чтобы можно было вообще двигаться. Если принять такую аксиому, то ответ на его вопрос вытекает из второго закона Ньютона. Это объяснение, так сказать, в первом приближении и для хомячков из его офиса вполне пойдет. Но пытливый ум любознательных товарищей не стоит на месте и они задают уже второй, хоть и совершенно другой, но логично связанный с первым, вопрос - а как ИВ создаёт тягу вдоль курса доски. Я совсем не спец в аэродинамике и поэтому попробую объяснить, как я это вижу на школьном уровне. Если вдруг у виндсерфера сломается плавник, то как бы он не располагал парус относительно ветра, его все равно будет нести по ветру. Это понятно. Значит дело в сопротивлении плавника. А закрепим ка мы для интереса намертво мачту с парусом вертикально на земле, что тогда мы увидим? Если парус будет расположен перпендикулярно ветру, то сила ветра, действующая на парус будет параллельна ветру. Но вот если мы повернем парус под 45° к ветру, то сила действующая на парус будет уже перпендикулярна плоскости паруса и под углом 45° к направлению ветра. Вот тут то и появляется составляющая силы ветра вдоль курса доски. Так что дело тут в паре - плавник и парус. Плавник не даёт доске свободно скользить по ветру и благодаря этому в парусе, расположенном под углом к ветру появляется курсовая составляющая тяги ветра. При этом надо учесть, что парус у нас не простая плоскость, а конструкторы, уже используя аэродинамику сумели придать ему такую форму, чтобы выжать по максимуму из него курсовую составляющую тяги. Я смог ответить на ваш вопрос на пальцах и без аэродинамики?

Чтобы начать раскладывать общую силу на составляющие, надобно сначала узнать, какова величина этой общей силы и куда она направлена.

Вообще-то это не я начал писать про вымпельный ветер, а некоторые товарищи, возражая мне, поэтому это у них надо спрашивать, откуда они взяли этот вымпельный ветер и какова его величина. Я поступил проще - написал, что у нас в наличии истинный ветер и встречный, ну а вымпельный - это их векторная сумма. Так что тут надо идти обратным путем - сначала найти слагаемые, а потом, если интересно, найти их сумму.

Когда мы "открываем" парус, мы уменьшаем обе составляющие. Собственно, если идя в галфвинд вы растравите парус, то тяга паруса упадёт до нуля, скорость доски тоже упадёт до нуля, встречный ветер прекратится, а значит и ваш "тормоз" тоже станет нулевым.

Я вообще-то написал - "При одной и той же мгновенной скорости в какой-то момент времени ...". Т.е. мы сравниваем тягу и сопротивление при одной и той же скорости на двух абсолютно одинаковых досках, но с разными углами закрытия паруса. Естественно, если скорости досок разные, то и сравнивать тут нечего.

Серфинг видели?

И много рекордов скорости поставили серфингисты? На сколько их скорость превышала скорость ветра?

Сообщение от ALEX3M

Ладно, в галфинд все просто.
А вот как вы в бакштаг будете обьяснять?

Ну бакштаг, как я понимаю по простому, по крестьянски, это промежуточный вариант между фордевиндом и галфиндом. Т.е. на бакштаге тяга истинного ветра зависит от скорости доски, но слабее, чем на фордевинде, т.е. при наборе скорости доски на бакштаге тяга истинного ветра будет уменьшаться медленнее, чем она уменьшается при наборе скорости доски на фордевинде и тут тоже возможна скорость доски больше скорости ветра.

[ALEX3M]

Сообщение от Aleks123

Ну бакштаг, как я понимаю по простому, по крестьянски, это промежуточный вариант между фордевиндом и галфиндом. Т.е. на бакштаге тяга истинного ветра зависит от скорости доски, но слабее, чем на фордевинде, т.е. при наборе скорости доски на бакштаге тяга истинного ветра будет уменьшаться медленнее, чем она уменьшается при наборе скорости доски на фордевинде и тут тоже возможна скорость доски больше скорости ветра.

По вашему обьяснению, в бакштаг из скорости ветра скорость доски надо вычитать :)
Хоть и векторно.
И при скорости доски в 1, 5 скорости ветра и угле 135 относительно ветра становится совсем непонятно, что ее вообще вперед толкает :)

[Aleks123]

Сообщение от ALEX3M

По вашему обьяснению, в бакштаг из скорости ветра скорость доски надо вычитать :)
Хоть и векторно.
И при скорости доски в 1, 5 скорости ветра и угле 135 относительно ветра становится совсем непонятно, что ее вообще вперед толкает :)

А такое в реальности возможно? Ну ладно бы вы написали, что скорость 1,2 или 1,3 при таком угле движения доски.

[ALEX3M]

Сообщение от Aleks123

А такое в реальности возможно? Ну ладно бы вы написали, что скорость 1,2 или 1,3 при таком угле движения доски.

В приведенном случае проекция скорости доски на направление ветра равна скорости ветра.
То есть, относительно истинного ветра доска не двигается :)

[Aleks123]

Сообщение от ALEX3M

В приведенном случае проекция скорости доски на направление ветра равна скорости ветра.
То есть, относительно истинного ветра доска не двигается :)

В приведенном случае проекция скорости доски на направление ветра больше скорости ветра. Эта проекция будет равна скорости ветра при скорости доски ✓2.:)
Так вы не ответили, такое возможно в реальности? Ведь по-моему довольно странно пытаться что-то опровергнуть не реальным случаем, а придуманным. Нафантазировать можно все что угодно :)