ingeniørdebat.dk
Ingeniørdebat => Bil og båd, MC og alt andet transport => Emne startet af: Uffe Kaagaard efter 28, Februar 2009 - 20:55
-
Jeg har med stor interesse fulgt Volvo ocean race 2008 på internettet, siden de startede i sensommeren 2008. http://www.volvooceanrace.org/
De 5 både, som endnu er med i racet, har netop passeret Fiji-øerne. De har en kurs næsten stik syd. Vinden, netop nu, kommer fra sydøst og har en hastighed på 5 – 10 knob. Det vil sige at de delvis har vinden skråt ind forfra. http://volvooceanrace.geovoile.com/
Og nu til mit spørgsmål:
Hvordan kan det lade sig gøre, at bådene under disse vejrforhold kan skyde en fart på op til 13,5 knob?
Hilsen Uffe
-
Der er da ikke noget usædvanligt ved at en sejlbåd kan sejle med en fart der er højere end vindens, bare den ikke lænser.
-
Et sejl fungerer ligesom vingen på et fly, vinden der passerer forbi genererer undertryk på forsiden som så 'tvinger' båden fremad.
-
Et sejl fungerer ligesom vingen på et fly, vinden der passerer forbi genererer undertryk på forsiden som så 'tvinger' båden fremad.
Tak! -Selvfølgelig.
Til orientering:
Vinden er nu 5 knob, vinkelret på bådene. Med denne vind skyder Ericsson 3 en fart på 15 knob.
Jeg er imponeret af hvad disse 70 fods "speed"både kan præstere. -Især da der blev sat ny verdensrekord: 602 sømil på 24 timer.
M.v.h. Uffe
-
Flyvinger virker ikke ved undertryk på oversiden. Det er en gammel fysiklærerskrøne. Regn selv efter . Den smule ( hvis overhovedet nogen) hastighedsforskel, som vingeprofilet kan give er ikke nok til løfte et moderne tungt lastet fly.
http://science.howstuffworks.com/airplane7.htm
-
Hej Harbst
Jeg vil anbefale dig at koncentrere dig om elektronbevægelser,
når du så kategorisk afviser en af de tre måder man kan, og forklarer
en flyvinges opdrift.
Første metode(Newtons 2. 3. lov)(masse..reaktion):
Flyet flyver fordi vingen giver vingen luften en nedadgående hastighed,
hvilket bevirker en opadgående kraft på flyet,opdriften.
Denne metode indgår i den 3. metode
Anden forklaring(Bernouilli):
Flyet flyver fordi lufttrykket på vingens overside er lavere end
på vingens underside hvilket giver opdriften.
For en vinge anvender man ikke direkte betragtningen om, at opdriften
stammer fra suge eller trykkræfter. Man bruger kendskabet til
trykfordelingen på et vingeprofilsnit i en vinge, til at bestemme, de tre karakteristiske
kendetegn for et givet profil. Opdrifteskoefficienten Cl. Modstandskoefficienten Cd og Momentkoefficienten CM. Derefter bruger man disse koefficienter til repræsentere suge og trykkræfter på vingen
Opdriften på en vinge/sejl er " 1/2 x Ro x V^2 x Cl x Areal x K som giver kraften i Newton
Ro= 1,225
V = hastigheden
K = 1
Tredie forklaring:
Flyet flyver fordi, der skabes en cirkulation i strømningen om vingen som i forbindelse
med flyets flyvehastighed, fremkalder en aerodynamisk tværkraft, som er flyets opdrift.
Trods at denne teori er fra 1919 er den stadig anvendt og anvendelig til at beregne kræfterne hen over en vinge.
Vil man vide mere er dette link til NASA, et link til den bedste indføring i aerodynamik der findes, uden at det bliver alt for "langhåret"
http://www.lerc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/short.html
-
Flyvinger virker ikke ved undertryk på oversiden. Det er en gammel fysiklærerskrøne.
Hør harbst - har du et horn i siden på fysiklærere generelt?
Den (meget forsimplede) teori, du tillægger fysiklærerne, har aldrig været en del af gymnasiepensum - men jeg erkender da gerne, at elever i forbindelse med specialer eller større opgaver har været sat til at måle og regne på trykforskelle mellem over- og underside af et vingeprofil og finde bidragene til opdriften.
I den forbindelse vil jeg gerne citere fra den side i den fortræffelige, men ikke altid 100% præcise "howstuffworks.com" (den har jeg nogenlunde samme forhold til, som du har til Wikipedia), som du selv linker til.
Efter at have refereret Newtons rent mekaniske forklaring (luftmolekylers stød mod en fast overflade med heraf følgende impulsændring), som er for simpel, fortsætter linket:
The top surface of the wing is left completely out of the picture. The top surface of a wing contributes greatly to turning the fluid flow. When only the bottom surface of the wing is considered, the resulting lift calculations are very inaccurate.
- og kommer derefter ind på Leonhard Eulers bedre tilnærmelse, der også tager hensyn til suget fra oversiden, og som ligger tæt på, hvad energiske fysiklærere plejer at præsentere som den "overforsimplede" forklaring, når de bliver spurgt; det er vel herfra du har "skrønen"?
Men naturligvis ved enhver, der har haft hydrodynamik (hvilket gælder alle fysiklærere på gymnasieniveau), at den fulde forklaring indeholder flere elementer, og jeg kan her kun opfordre til at følge Mønnikes gode link.
P.S, Howstuffworks gør naturligvis også opmærksom på, at både Newton og Euler i virkeligheden mere beskæftigede sig med sejlbåde end med fly; men der er ikke stor forskel på den grundlæggende fysik.
-
I har vel ret og jeg er enig med jer begge langt hen ad vejen.
Det eneste jeg ville gøre opmærksom på er at flyvingens løft ikke bare kan forklares med den længere vej hen over flyoversiden end undersiden.
For det første kan det ikke give løft nok.Regn selv efter.
For det andet har alle flyvinger slet ikke sådan en form, og det ville være ret svært at holde sig oppe, når man flyver på hovedet.
-
flyvingens løft ikke bare kan forklares med den længere vej hen over flyoversiden end undersiden.
Først nu har jeg forstået, at det var det du ville sige; og jeg kan kun tilføje, at jeg personligt aldrig har hørt nogen fysiklærer påstå netop det!
-
Se bare hvad man kan læse i Gyldendals "store Danske"
En klassisk flyvinge har en længde, der er meget større end dens øvrige dimensioner, og et let asymmetrisk tværsnit (vingeprofil), som i flyveretningen er afrundet og mod bagenden tilspidset. Teorien for vingers opdrift bygger på aerodynamikken, hvor man kan vise, at når en vinge bevæges gennem luften, bliver lufthastigheden over vingen større end under. Da det statiske tryk ifølge Bernoullis ligning (se også hydrodynamik) falder med stigende hastighed og omvendt, opstår der mellem vingens underside og overside en trykforskel og dermed en kraft på vingen
Den opfattelse er meget udbredt.
Mønnikes formler er af den slags, som altid kan passe uanset at de ikke stemmer med nogen rimelig teori. De indeholder en ukendt faktor, som man bare kan tilpasses så formlen giver et resultat svarende til et fosøg. Hvis den næste gang ikke passer varierer man bare "konstanten" . Der er adskillige af den slags.
-
Jeg vil ikke forsvare leksikonet - men hvorfor skal fysiklærerne have skylden?
De gange jeg har lavet forsøg med opdrift i bæreplaner, har vi benyttet en opstilling fra det tyske fysikapparaturfirma Leybold - den findes på mange gymnasier.
Apparatet består af en blæser med variabel hastighed, måleudstyr til vindhastigheden, samt en kraftmåleenhed, der kan måle både den vandrette og den lodrette kraftkomposant, og hvorpå der kan spændes forskellige legemer.
Vi har oftest lavet forsøgene med en tynd plan plade og undersøgt opdriftens afhængighed af vindhastighed og pladens vinkel med vandret. Dette giver ganske entydige resultater, der ikke overhovedet antyder noget om forskel i lufthastigheder over de to flader.
Hvis disse forsøg gik problemfrit, kunne vi fortsætte med at montere en hul vingeprofil af mere klassisk form, forsynet med små huller fordelt over længderetningen på både over- og underside. Under forsøgene lukkedes alle huller undtagen 1 med tape, og vi kunne derpå måle trykforskelle med et tilhørende manometer. Det gav ganske rigtigt et bidrag som beskrevet i leksikonet - og som ifølge dig er den dominerende populære opfattelse (hvor ved du det fra?). Men dette var ALTID et supplerende forsøg, så ingen af mine elever kan have fået indtryk af, at denne effekt var enerådende eller dominerende.
På gymnasieniveau har vi aldrig nået at diskutere forskellen på laminar og turbulent strømning, Reynoldstal m.v. Men jeg har da selv (i lighed med alle andre gymnasiefysiklærere) stiftet bekendtskab med begreberne under studiet.
-
Jeg mindes altså at ha´ fået forklaret leksikonudgaven af forklaringen af flere forskellige fysiklærerer, både gennem folkeskolen og gymnasiet uden nogen tillægsforklaring omkring newtons love...
Har engang endda også fået forklaringen af en (fritids)pilot !
Det var først da jeg læste en artikel på ing.dk at jeg fik øjene op for at newton også havde skyld i at en flyver kan flyve - og det var et par år efter gymnasiet.
Så fysiklærerne skal ha´ en del af skylden i mit tilfælde. De burde trods alt vide bedre end den alm. befolkning om emner inden for fysik!
-
Jeg har også mødt leksikonforklaringen, endda hos fysikere,som burde vide bedre. Hørt det så meget, at jeg engang troede på det.
Jeg skal beklage generaliseringen, hvor det gik ud over samtlige undervisere i fysik.
-
...men hvorfor var det så indlysende logisk at sejlbåde kan sejle hurtigere en vinden der driver dem ?
-
Fordi det ikke er vinden der direkte driver bådende frem, med mindre de sejler i "medvind".
Kraften til fremdrift kommer af en trykforskel på for og bagside af sejlet. Trykforskellen generes af vinden.
-
Tænk på forsøget med pladen i vindtunnelen,som Morten så udmærket beskrev.
pladen (sejlet) påvirkes af en kraft, som på kompliseret måde hænger sammen med pladens stillign i forhold til vindens retning.
Kraften er ikke bare i vindens retning. En del af kraften kan forklares ved at luften skubbed til siden og pladen får en reaktionskraft modsat den retning luften skubbes til.
Men det er ikke den fulde forklaring.
Den samlede kraft på sejlet kan så deles i en i bådens sejlretning og en på tværs.
Den på tværs klarer man ved vandets modsatte kraft på skrog,køl og ror. Den på langs giver bådens evne til at sejlle frem mod vandets modstand. bådens hastighed bliver næppe hurtigere end vindens dirrigeren bagud af sejlet. Men det kan godt blive med større fart (nummerisk hastighed) end vindens fart
-
Kære Harbst
Tag nu og læs det link fra NASA jeg henviste dig til. Det er ikke så kompliceret som du vil gøre det til.
Det man skal interessere sig for ved et sejl er fuldt ud det samme, som man skal interessere sig for ved en vinge....indfaldsvinklen.
For en vinge og et sejl gælder der, at jo større indfaldsvinkel jo større opdrift, men bliver indfaldsvinklen for stor, staller båder sejl og vinge.
Normalt befinder angrebspunktet for opdriften sig mellem 25 og 30 % fra forkanten, men bevæger sig frem mod mod forkanten ved forøgelsen af indfaldsvinklen, indtil stall, hvor angrebspunktet bevæger sig pludseligt bagud, med opdriftstab som følge.
Skibsudtryk.
Læns .....medvind
Agten på tværs .....vind skråt bag fra
Halvvind....sidevind
bidevind......skråt forfra
Hvis man forestiller sig opdriften som en vektor, der virker vinkelret på vindens retning, vil man se at, at den mest optimale vindretning normalt er halvvind.
Det kræver, at man opløser opdriftsvektoren i en fremad rettet komposant, der trækker skibet og en komposant på tværs der krænger skibet. Uheldigvis er de komposanter som opdriften deles i ,ikke lige
store den trækkende er størst ved langsom sejlads og mindst ved hurtig sejlads, hvor den tværgående vektor er størst og krænger skibet.
( det problem har vindmøller også da den kraft der trækker møllen rundt er meget mindre end den der belaster tårnet bagud).
-
Et andet godt link, synes jeg:
http://www.physclips.unsw.edu.au/jw/sailing.html
ellers prøv at se det sådan her: med mindre man sejler præcis i vindens retning, kan vind-vektoren opløses i en komposant i sejlretningen og en komposant vinkelret på sejlretningen. Den sidste er konstant og kan give fremdrift hvis du kan afbøje den bagud. Du vil derfor accelerere indtil fremdriften er lige så stor som modstanden (drag). Både vand og vind giver drag, som vokser ulineært med hastigheden. Men med tilstrækkelig stort L/D (Lift to drag) koefficient kan man sejle op til to-tre gange (hvile)vindhastigheden.
F.eks. kan man starte med en (hvile)vind 30 grader agten for tværs. Man holder kursen og accelererer indtil den tilsyneladende vind er flyttet 120 grader, så den kommer 30 grader forfra. Det sker ved en bådhastighed i forhold til vandet på sqrt(3) = 1.73 gange vindhastigheden.
I praksis kan den slags tricks bedst lade sig gøre for både, som løfter sig op på hydrofoils for at mindske drag, såsom Moths og WindRider Rave og Hobie Trifoiler.
Isbåde og både på hjul har næsten kun aerodynamisk drag og kan derfor opnå 8-10 gange vindhastigheden ved let vind.
http://yoavraz.googlepages.com/sailingboatspeedvs.windspeed
http://www.nalsa.org/Articles/Cetus/Iceboat%20Sailing%20Performance-Cetus.pdf
-
Hvis der nu også er vandstrømme, må det vel også påvirke hastigheden (det kender jeg i hvert fald fra min egen båd)
-
Det er oplagt!
I den hidtidige tråd har vi mest diskuteret klassisk hydrodynamik - som i princippet er ens for luft og vand, blot med forskellige konstanter i formlerne.
Dette skyldes måske bl.a., at et par af debattørerne ved mere om flyvning end om sejlads.
Men skal vi tale både og sejlads, er der nogle afgørende forskelle:
1. Fremdriften og modstanden foregår i to forskellige faser (hhv. luft og vand).
2. Overfladebølgerne på grænsefladen betyder meget for vandmodstanden.
3. Farten er næsten altid højere end bølgernes udbredelseshastighed, så man konstant sejler i en chokbølge (svarende til "overlydshastighed" i et fly).
4. Den høje viskositet af vandet betyder, at dette mediums egenbevægelser har meget betydelig indflydelse på bådens bevægelse (din observation).
Men det oprindelige spørgsmål gik på, hvorfor det er muligt at sejle hurtigere end vindhastigheden - og svarene handlede derfor meget om kræfterne på sejlene.
-
Jeg forstår ikke hvad du mener Rasmus . Specielt når du taler om komposanten på tværs, som kan bøjes bagud.
Så er den da ikke på tværs !!
Komplet uforståeligt .
-
Enig harbst
Jeg forstod det heller ikke før end jeg så det demonstreret i en sejlbåd.
Men siden har det ikke voldt besvær.
For det samme gælder faktisk også for fly der ønsker at nå et bestemt mål.
De må holde en kurs der ville føre dem til et helt andet sted i det tilfælde der var vindstille
-
Jeg beklager mit mudrede sprog - vektorer er nemmere med en tavle. Men det er ikke komplicerede vektorer.
Forestil jer som tankeeksperiment en togvogn på uendelig lange skinner. For eksemplets skyld er hjulene friktionsløse. På togvognen er der placeret en lodret vinge. Vognen kan for eksemplets skyld ikke vælte.
Vinkelret på skinnerne blæser en vind med hastigheden V.
Vingens plan er til at begynde også med vinkelret på skinnerne, og vognen er i hvile (sejlet er helt slækket - som en fane).
Hvis vi nu drejer vingen om sin egen akse ("hiver ind i storsejlsskødet), så vingeplanet har indfaldsvinklen 45 grader i forhold til vinden, så vil vingen virke som et sejl, der skubber vinden i den ene retning og dermed togvognen i den modsatte retning.
Når togvognen netop har nået vindhastigheden V, er der ikke længere nogen fremdrift fra vinge/sejlet da vindens indfaldsvinkel på vinge/sejlet nu er 0 grader på grund af fartvindens vektor (som lægges til vindvektoren). Nu er der ligevægt, og vi kører (sejler) lige så hurtigt som vinden.
Havde vi valgt en indfaldsvinkel <45 grader (hevet knap så meget ind i sejlet) opnår vi ligevægt ved en vognhastighed < V. Havde vi valgt en indfaldsvinkel > 45 grader (hevet endnu mere ind i sejlet) opnår vi ligevægt ved en vognhastighed > V.
Ligevægtshastigheden for togvognen ved dette tankeeksperiment vil være V*tan(alfa) hvor alfa er vinge/sejlets indfaldsvinkel i hvile. Hvis vinklen går mod 90 grader, går ligevægthastigheden mod uendelig.
En rigtig sejlbåd er meget mindre ideel, idet kølen har mindre godt fat i vandet end den ideelle togvogn har i sine skinner. Desuden er der mange slags vind- og vandmodstand, som vokser kraftigt med hastigheden i 2., 3. og 4. potens.
Men det hele kan koges sammen til en koefficient L/D (lift over drag) ligesom for flyvinger. Et svævefly med L/D på 10 flyver 10 gange hurtigere fremad end den synker. Tilsvarende sejler en båd med L/D større end 1 hurtigere end (side)vinden.
-
Det er efterhånden en gammel tråd, og mit spørgsmål er lidt udenfor, men alligevel: Hvordan kan det lade sig gøre at man kan krydse med en kitesurfer? Og er der nogen der kender makshastigheder for surfere og kitesurfere?
-
Eigil
Tag dig ikke af at Rasmus sludrer. Han laver en fin beskrivelse men forstå den tilsyneladende ikke selv. Han glemmer at tage højde for den komposant der kaldes togets fart de efter hånden får vinden "til at se ud som" at den kommer mere og mere forfra jo hurtigere toget kommer til at køre.
Tegn en pil vinkelret på skinnerne der lige så mange millimetre som vindens hastighed er og tegn en pil fremad i skinnernes retningmed samme målestok, men dobbelt så lang. Fra den sidste pils spids tegnes en pil der ligesom vindpilen er vinkelret på skinnerne men peger modsat vinden....hvis man fra denne sidste pilespids tegner en pil tilbage til fartpilens begyndelse så får man den retning vinden opleves af sejlet og den meget større hastighed den opleves med.
Princippet er det man kalder kræfternes parallellogram
http://pub.uvm.dk/2006/eudnaturfag/pdf/eksp_eks7.pdf
-
Bjarke.
Tak for svaret, men jeg var mere interesseret i, hvordan kraften bliver overført til kølen på en kitesurfer, for at den kan krydse. der er jo ingen mast som på en almindelig sejlbåd og surfbræt. Og nogle absolutte tal for mulige hastigheder af forskellige typer vinddrevne fartøjer
-
For at forstå svaret skal du tænke rummeligt.
En drage til kitesurfing er styrbar og den flyves således at dens indfalds vinkler dels holder den flyvende og dels at den præsterer et træk i styresnorene .
Hvis man satte dragen op med vinden i ryggen og så lod den trække surfbrædtet afsted i vindens retning så ville man kunne op max vindens hastighed. Men kun et øjeblik for dragen ville når man opnåede vindens hastighed opfatte situationen som vindstille og derfor lande.
Så derfor sætter man sin drage op og sejler så meget på tværs/skå af vinden at der både bliver fremdrift på brædtet og opdrift på dragen.
Dragen styres selvfølgeligt i den retning man ønsker at sejle.
Et Kite bord anvendes lige som et snowbord. Det kantes og man hælder sig bagud for at modvirke og udbalancere trækket fra dragen.
Jo mere lige på tværs af vinden jo mere træk og tilbagelæning skal der til, men jo større fart kan man også opnå. Ja man kan sågar krydse op mod vinden ved at zig zagge altså krydse som skibene gør det
-
Det er efterhånden en gammel tråd, og mit spørgsmål er lidt udenfor, men alligevel: Hvordan kan det lade sig gøre at man kan krydse med en kitesurfer? Og er der nogen der kender makshastigheder for surfere og kitesurfere?
Den stående fartrekort for windsurfere er 50,57 knob, målt som gennemsnitshastighed over 500m.
Se evt. mere på: http://www.speedworldcup.com/outright-world-records.html
Jakob Kobbernagel