Luca Dubbini Marco Tito Bordogna
Prima di iniziare a veleggiare è importante capire come funziona una vela e i principi secondo i quali viene generata la sua forza propulsiva. La conoscenza di alcune nozioni teoriche essenziali vi permetterà di sfruttare al meglio l esperienza pratica.
Le barche a vela si muovono grazie al vento che scorre la superficie curva delle vele, in modo molto simile ad un aereo, che è sostenuto dalla potenza generata dalle ali. Una vela, come un ala, raggiunge la massima efficienza quando forma un angolo piuttosto piccolo con il vento: è essenziale orientare e regolare costantemente le vele, per mantenere l angolazione ottimale. Se una vela viene lasciata troppo lasca, si limita a dileggiare come una bandiera, senza produrre alcuna spinta; se è troppo tesa, il flusso dell aria si interrompe e la vela stalla, esattamente come un aereo che vola a velocità troppo bassa.
Non tutta la forza prodotta da una vela si traduce in spinta propulsiva. Essa può essere scomposta in due vettori, la spinta e la componente laterale (o di scarroccio), che spinge la barca di lato e la cui intensità dipende dell andatura: è al massimo in bolina, al minimo con il vento in poppa. Se la vela è troppo tesa e stalla, la forza propulsiva diminuisce e cresce invece la componente di scarroccio. Con andature al vento la barca tende a scivolare di lato; chiglia e deriva contrastano questa tendenza, che non viene mai del tutto eliminata. La differenza tra la rotta impostata e quella seguita è detta deriva.
Alla forza generata dalle vele, che tende a spingere la barca di lato, si oppongono la deriva o la chiglia.
Poiché la forza di una vela viene applicata a una certa altezza dall acqua, la componente di scarroccio tende a far sbandare la barca. La resistenza laterale generata dalla deriva o dalla chiglia aumenta tale tendenza, che in una deriva viene controbilanciato dal peso dell equipaggio, e in un cabinato dalla chiglia.
E generata dalla distanza verticale tra i punti di applicazione della componente di scarroccio e di resistenza della chiglia.
Ora che abbiamo visto quali sono le forze che permettono il movimento della barca apriamo una piccola parentesi per quello che è il motore nelle barche a vela: il VENTO. Scopriremo ora l esistenza di due tipo differenti di vento: il VENTO REALE e il VENTO APPARENTE.
Il vento reale è quel vento che noi percepiamo quando siamo fermi. Ad Es. se siamo seduti in spiaggia e decidiamo di rilevare l intensità e la direzione del vento i risultati che otterremo saranno relativi al vento reale.
Il vento apparente è invece la risultante tra il vento reale, che si percepisce da fermi, e quello provocato dal movimento della barca. I segnavento indicano il vento apparente quando la barca è in moto, il vento reale se la barca è ormeggiata.
Ora che siamo a conoscenza delle nozioni di base, affrontiamo più approfonditamente il funzionamento delle vele. Le vele funzionano come le ali di un aereo: al passaggio dell aria, generano una forza aerodinamica. In un aereo l avanzamento, necessario a produrre lo scorrimento d aria sulle ali, è garantito dal motore; in una barca il vento sulla vela si converte in forza, una componente della quale è la forza propulsiva.
Una vela correttamente regolata divide l aria in due flussi: quello che si muove lungo il lato convesso (sottovento) percorre una distanza maggiore di quello che scorre sul lato concavo (sopravento) e la sua velocità aumenta di conseguenza. Quando un flusso d aria aumenta la velocità, la sua pressione diminuisce: la differenza di pressione tra i flussi che scorrono sui due lati risucchia la vela in direzione sottovento e crea una forza applicabile ad angolo retto a ciascuno dei punti della superficie della vela. La risultante di queste forze spinge la barca in avanti.
Il risucchio è facilmente dimostrabile attraverso un semplice esperimento. Mettendo un cucchiaino sotto un flusso d acqua continua vedremo che la parte convessa del cucchiaino viene attratta verso il flusso d acqua. Paragonando l acqua al vento e il profilo del cucchiaino al profilo alare delle vele eccoci dimostrato il risucchio
Tutte le forze che agiscono sulla vela possono essere considerate come una sola forza applicata a un singolo punto, detto centro velico (o baricentro). La forza aerodinamica può essere divisa nella componente di scarroccio e in quella propulsiva. Una vela a segno fornisce la sua massima componente propulsiva, a fronte di una minima componente di scarroccio.
L intensità della componente propulsiva e di quella di scarroccio dipende dall andatura e dall angolo tra la vela e la barca. In bolina la propulsione è inferiore a quella del lasco, ma la componente di scarroccio è maggiore.
Il flusso d aria, scorrendo lungo la vela, si muove più velocemente sul lato sottovento, dove la pressione diminuisce, e più lentamente sul lato sopravento, dove questa aumenta. Questo provoca un risucchio della vela da sottovento e genera una forza che agisce ad un angolo retto su ogni punto della vela: la risultante di queste forze si considera applicata al centro velico.
Secondo il medesimo principio il fiocco, issato davanti all albero, genera la propria forza propulsiva, ma incrementa anche l efficienza della randa: mentre l aria scorre tra le due vele, viene compressa a causa dello spazio ridotto e quindi accelera, il che riduce ulteriormente la pressione sul lato sottovento della randa aumentandone la potenza. Randa e fiocco dovrebbero pertanto essere regolati insieme, al fine di creare tra loro uno spazio omogeneo.
L interazione tra due vele è un elemento cruciale per quanto riguarda le prestazione. Sebbene il fiocco sia più piccolo della randa, si rivela, potenzialmente, più efficace, poiché non ha un albero che disturba il flusso d aria. Se lo spazio che separa il fiocco e la randa è omogeneo, il flusso d aria subisce un aumento di pressione, che ne aumenta la velocità; ciò provoca un ulteriore diminuzione della pressione sul lato sottovento della randa, aumentandone la componente propulsiva.