ヨットは、さまざまな物理原理を使用して水中を移動します。これらの中で最も重要なのは空気力学的な揚力です。これは、風が帆を満たし、帆をうねらせるときに作成されます。帆はマストとブームに取り付けられており、これらが連携して揚力を生み出し、ボートを前進させます。キールはまた、ヨットのバランスを保ち、転倒を防ぐ重要な役割を果たします。抗力は常にある程度存在し、帆船の移動速度を制限します。
「これは、あなたがほぼした日として、あなたがいつも覚えている日です。 ジャック・スパロウ船長を捕まえた」
パイレーツ オブ カリビアンの風変わりでエキセントリックなジャック スパロウとセーリングを連想する人がいます。 .彼は間違いなく、21 世紀で最も人気のあるファンタジー フィクションのキャラクターの 1 人です。
映画シリーズは奇妙で汚い生き物の数々を誇っていましたが、みんなの目を引いたのは、巨大な帆船が水中を滑らかにそして器用に動き回っていたことです。明らかに、機能しているエンジンがないにもかかわらず、これらの奇妙でありながら雄大な見た目のボートが実際にどのように機能するのか不思議に思うかもしれません.
セーリングの背後にある物理学に飛び込む前に、ヨットの背景を簡単に説明しましょう。
ヨットとは正確には何ですか?
ヨットは最も古い輸送形態の 1 つであり、これらの無燃料ボートの発明/習得は、人類の歴史の非常に重要な部分です。ヨットは、人間が必要に応じて風を飼いならし、制御できるようになった始まりを示しました。エジプト人は、紀元前 4000 年に帆船を初めて使用しました。当時のボートは、木の丸太の上に単純な布の帆が張られているだけでした。しかし、それ以来、それらは進化し、世界の歴史を形成する上で不可欠な役割を果たしてきました.ヨットは、土地を征服し、新しい場所を発見し、戦争を戦い、海賊行為を実行するために積極的に使用されました.セーリングも 1900 年以来、オリンピック スポーツとしてリストされています。
簡単に言えば、帆船とは、一連のひれ状の帆に風が吹くと、風によって推進されるボートです。
ヨットのパーツ
ヨットは 8 つの主要部品で構成されています。船体、キール、ラダー、ティラー、ジブ、ブーム、メインセール、マスト。
船体はヨットの本体であり、ボートの主要コンポーネントを収納しています。現代の帆船は、無風時に船を推進させるために、船尾にモーターが取り付けられています。舵にはティラーが取り付けられています。ティラーは、ボートを操縦するために使用されるレバーです。舵は常に水中に沈んでいます。帆船の運航中、操舵機構はティラーとラダーのデュオによって制御されます。ラダーの動きの方向はティラーに依存し、それがボートの方向転換を容易にします。
帆船の動きは、主帆とキールに起因すると考えられます。これらはヨットのエンジンです。メインセールは三角形で、ボートを推進するのに必要な風力のほとんどを捉えます。一方、キールは、バランスを維持し、ボートが転倒しないようにする役割を果たします。
マストはメインセールを支える垂直の棒です。同様に、ブームはメインセールを水平に支えます。ヨットには、主帆のミニチュア版であるジブと呼ばれる副帆もあります。ジブは追加の風力を提供するため、ボートはより高速に到達できます。
ヨットを想像してその基本的な部分を理解できたところで、この記事の主な側面、つまりセーリングに関係する物理学を見てみましょう!
ヨットの作業に関わる物理学
セーリングの背後にある物理学は非常に興味深いものです。なぜなら、ヨットは移動するために後ろから風が吹いている必要がないからです。実際、横から風が吹いても船は前に進みます。それはどのように機能しますか?
これは、空力揚力と呼ばれる非常に一般的な物理学の概念によるものです。
風が体や物体に当たると、時計回りに動きますが、上向きにもなります。移動する車両に取り付けられた旗を考えてみてください。風が直接吹いていても、前後に羽ばたき続けているのがわかります。これは、風によって提供される力が 2 つの成分を持つためです。前方および横方向のコンポーネント。ここで、実際の運動の方向は、2 つの成分の合力の方向に依存します。ヨットの場合、横向きの動きは望ましくありません。目的は、可能な限り前方向の力を最大化することです。キールは、横方向の動きに抵抗する反対の力を提供します。前述のように、帆とキールは帆船の動きを司るコンポーネントです。
ここで、船体の前部を越えて左側から風が吹いている状態で、風上に帆走しようとしていると想像してください。風が帆を翼の形に満たします。
帆船の上面図
帆は飛行機の翼の設計に使われるコンセプトを採用しています。帆は、空気力学的に帆の揚力が促進されるように、翼の形をしている。ただし、帆は両端が固定されているため、風によって押し出されることはありません。それでも、風はしなければならない パスを選択して、流れに対する抵抗が最も少ないパスを選択します。この経路は帆の経路と平行になります。帆にかかる力とキールにかかる力を組み合わせることで、横方向の力が相殺され、帆船にかかる合計の力は前方向だけになります。その結果、ボートは前進します！基本的に、帆はボートのステアリング アセンブリと見なすことができ、風に対して任意の方向にボートを操作できます。
帆船の中には、風そのものよりも速く動くものさえあります。風の方向に帆走している場合、帆に作用する合成風の速度は、実際の風速よりも大きくなります。これにより、実際の風速よりも速く帆船を押すことができる大きな力が帆に発生します。これは理論的には実行可能に思えますが、実際には、これらの速度に到達することは実際には不可能です.ボートと水の間に抗力 (摩擦) が常に存在するため、ヨットが到達できる速度が制限されます。
結論として、セーリングは、いくつかの異常な形の旗によって推進されるボートよりもはるかに多くのことを伴います.これは、風とその挙動に関するかなりの理解を必要とする後天的なスキルと見なすことができます。
