un poquito mas de orza nihao
Porqué un velero puede navegar con el viento en contra?
Como ya sabemos, una embarcación a vela avanza cuando recibe el viento por la popa (por detrás, para los profanos), pero es más difícil de entender porqué no retrocede si el viento le entra casi de frente; más al contrario, aunque sea lentamente consigue avanzar.
El principio físico en que se basa este fenómeno es similar al que hace que un avión pueda elevarse cuando está en movimiento. En las alas de un avión, las presiones son diferentes según las midamos en la cara superior o en la inferior. En una vela sucede lo mismo: cuando ésta forma con la dirección del viento un ángulo relativamente cerrado, por ejemplo de hasta 30º, la vela presenta una de sus caras (la llamada cara activa) a barlovento (lugar por donde viene el viento), recibiendo el aire con toda su fuerza produciendo sobre ella un aumento de la presión, y consecuentemente un abatimiento (desplazamiento lateral).
Mientras, en la otra cara dorsal que se encuentra a sotavento (lugar por donde sale el viento) las moléculas de aire se aceleran, precisamente porque existe una disminución de la presión, motivada por la pantalla que la propia vela presenta al paso del aire que está intentando penetrar por la cara activa.
Llegados a este punto, ya podemos imaginar que una aceleración del aire en una cara de la vela con respecto a la otra cara, produce un efecto de succión. Este efecto no es homogéneo a lo largo y ancho de toda la vela, sino que sus vectores están distribuidos por toda la superficie con ángulos y valores ligeramente diferentes. Pero, la resultante de todas esas fuerzas que se manifiestan en la cara dorsal de la vela con respecto a la cara activa, tienen una dirección que es más favorable al avance.
En definitiva, la fuerza del viento sobre la cara activa o de barlovento produce una componente de abatimiento de la embarcación, mientras que la fuerza sobre la cara dorsal o de sotavento produce una componente en dirección más cercana a la proa: la resultante de ambas fuerzas es favorable al avance.
Hay que decir, que si el velero no está dotado de orza, la fuerza del abatimiento se impondrá impidiendo el avance, pero eso lejos de explicarlo lo dejo como justificación para formular más tarde otra nueva pregunta.
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Por algún comentario recibido parece que no ha quedado suficientemente claro, así que intentaré explicarlo con gráficos:
El gráfico superior muestra la vela con una determinada curvatura, que le da una forma cóncava a la cara activa (por donde entra el viento) y convexa a la cara dorsal (por donde sale el viento); en términos marineros diríamos cara de barlovento y cara de sotavento. En la cara activa, dado que la vela hace de pantalla, la fuerza del viento genera una alta presión haciendo que las moléculas del aire se contengan y circulen muy despacio.
Por el contrario, en la cara dorsal no existe apenas resistencia al viento, por lo que la presión es muy baja y las moléculas de aire circulan muy rápidamente; el efecto sobre el conjunto de la vela es el de succión, como si el viento intentara “tragarla”.
En este otro gráfico se pueden observar las diferentes componentes incidiendo sobre la vela. En la cara activa los vectores apuntan casi todos a 90º, por lo que la dirección resultante se puede considerar la misma. Sin embargo, en la cara convexa la forma de la vela permite una baja presión y que las moléculas se desplacen a gran velocidad, creando vectores de fuerza con valores y direcciones diferentes.
Podemos observar que los vectores de mayor valor (dibujados en rojo) apuntan en una dirección más próxima a la del plano de crujía de la vela (señalizada con una linea azul). Como resultado, la resultante de esas fuerzas es más favorable al avance que al retroceso.
Aquí no he tenido en cuenta el abatimiento (deplazamiento lateral por efecto de la fuerza incidente en la cara activa), pues se da por hecho que la orza que debería dotar la embarcación la contrarresta en parte permitiendo que la fuerza resultante sea siempre a favor del avance.