Sejlbådes hastighed

[Uffe Kaagaard]

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

[harbst]

Der er da ikke noget usædvanligt ved at en sejlbåd kan sejle med en fart der er højere end vindens, bare den ikke lænser.

[Hideout]

Et sejl fungerer ligesom vingen på et fly, vinden der passerer forbi genererer undertryk på forsiden som så 'tvinger' båden fremad.
 

[Uffe Kaagaard]

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

[harbst]

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

[B Mønnike]

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

[Morten Jødal]

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.

[harbst]

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.

[Morten Jødal]

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!

[harbst]

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.

[Morten Jødal]

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.

[SuperClaus]

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!

[harbst]

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.

[Kusco]

...men hvorfor var det så indlysende logisk at sejlbåde kan sejle hurtigere en vinden der driver dem ?

[SuperClaus]

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.