La barca, le vele gli strumenti La fisica in barca Napoli 5, 12, 20 maggio 2016 G.Paternoster La fisica a vela- Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 Sommario La barca: il galleggiamento e l’equilibrio Le vele: perché si può andare controvento La navigazione (carteggio, sestante e nomenclatura) G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 Il galleggiamento 1/3 La legge fisica in base alla quale la barca galleggia è nota come “Principio di Archimede”: Un corpo immerso in un fluido (anche l’aria!) riceve una spinta dal basso verso l’alto, la cui intensità è pari al peso del volume di fluido spostato Quindi un corpo immerso in un fluido è soggetto a due forze: la forza peso, che possiamo pensare applicata nel baricentro e diretta verso il basso la spinta del fluido, diretta verso l’alto ed applicata nel baricentro del volume di fluido spostato (centro di spinta) G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 Il galleggiamento 2/3 Per il galleggiamento sulla superficie di un fluido è necessario che la densità del corpo sia minore di quella del fluido stesso; ma, nel caso di una nave, noi vogliamo anche che stia dritta ed in equilibrio stabile. Ad ogni causa sbandante la barca deve “reagire” tendendo a tornare nella posizione iniziale. Come possiamo ottenere questo momento di stabilità (Mr), che si oppone a quello di sbandamento (Ms)? Nota: pensate all’equilibrio di una sedia e a “Ercolino sempre in piedi” B Cc Cs G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 Il galleggiamento 3/3 G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 La fisica della vela Diapositive tratte da una bella presentazione del collega Lucio Gialanella … G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

Come funzionano le barche a vela (e gli alianti e i deltaplani) quiz Paola Carlo corrente

Quali forze agiscono su una barca a vela? RESISTENZA SPINTA

Ma può anche succedere.. SPINTA RESISTENZA

C’è vento? no sì no sì C’è corrente

Che si fa con spinta e resistenza? Si aspetta…. … e si va col vento

C’è dell’altro? Effetto Coandă (1886-1972) Effetto Magnus (1802-1870) L'effetto Coandă è la tendenza di un getto di fluido a seguire il contorno di una superficie. Il fenomeno deve il suo nome al pioniere dell'aerodinamica rumeno Henri Coandă. Il fluido, muovendosi lungo la superficie, rallenta per effetto dell’attrito. La resistenza è però applicata solo alle particelle di fluido immediatamente a contatto con la superficie. Quelle più esterne, a causa delle interazioni molecolari che tendono a tenerle unite a quelle interne, cambieranno direzione a causa della differenza di velocità, facendo quindi aderire il fluido alla superficie stessa. L'effetto Magnus è la forza di spinta laterale che agisce su un corpo rotante che si muove in un fluido. Per effetto dell’attrito la velocità del fluido è maggiore dove è concorde al verso di rotazione e minore dove è discorde. Tale differenza causa un cambiamento nella traiettoria del fluido facendo sorgere tale spinta.

Una conseguenza dell’effetto Coanda Fp=-Fa La portanza L’ala viene spinta verso l’alto. Così gli aerei, gli alianti, i deltaplani, i parapendii possono “volare”: è la portanza che fa equilibrio al peso! Animazione estratta da www.diam.unige.it/~irro/lecture.html

Che si fa con spinta, resistenza e portanza sulla vela? Si aspetta…. … e si va al massimo perpendicolari al vento Perché la spinta è circa perpendicolare al vento e la nave “scarroccia”.

Cosa succede sulle vele? vvi portanza sbandamento/scarroccio spinta FV vaf Dva=vaf-vai Dva/Dt=aa Fa=maa

Cosa ci manca per risalire il vento? Una vela per l'acqua vai La deriva è una vela per l’acqua! Fa vaf Dva=vaf-vai Dva/Dt=aa Fa=maa

In totale In dettaglio portanza deriva portanza vela resistenza su attrezzatura e opera morta resistenza sullo scafo NB: va infine considerata la portanza sul timone, che permette di variare la direzione del moto

Epilogo quiz Paola Carlo corrente

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 La rosa dei venti G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 Le andature Ma in barca noi vediamo solo il vento apparente, somma del vento “vero” e di quello di spostamento. G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 La bolina G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La navigazione: coordinate e mappe Importante perché i meridiani sono rappresentati da rette parallele G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 Strumenti Per sapere dove siamo: Orologio (longitudine) Sestante (latitudine) GPS Per decidere e seguire la rotta: Bussola e carte nautiche G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 Solcometro 1 Miglio nautico = 1,852 Km (=40.000/21.600) 1 nodo (M/hr) = 1,852 Km/hr = 0,514 m/s V[nodi] = N * D[M]/T[hr] Fissiamo la distanza tra i nodi e il tempo di misura D = 15,45 m e T = 1 min D/T = 60*15,45/1852 = 1/2 Es: ho contato 13 nodi in un minuto La mia velocità è 13/2=6,5 Nodi G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 Qualche considerazione sulla portanza e sull’effetto Coanda (e sull’effetto Magnus) Potete fare un semplice esperimento con un … “coppino” ma … per avere il vento con un deltaplano o un aliante, cosa bisogna fare? bisogna … “lasciarsi cadere” … (avere coraggio!) … e in aereo? bisogna … “accendere il motore” … (man a sacc!) Cosa ci facciamo con l’effetto Magnus? … una punizione alla Maradona… “calciare il pallone facendolo ruotare” … (e avere piedi buoni per riuscirci!) G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016

La fisica in barca - Napoli mag. 2016 … il resto in barca ! G.Paternoster La fisica in barca - Napoli mag. 2016