Vela ¿De dónde tira la vela?

[Knot]

Vamos a ver, se me ocurren varias maneras de explicaros lo que pasa. Pero como soy más de numeros y dibujos que de letras, ahí va un pequeño esquema para ayudarme en la explicación:

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Primero os explico que hay varios tipos de uniones en estática. En el caso que nos ocupa sólo tenemos dos tipos:
1º El escotero. Por el tipo de construcción, y estrictamente tratandolo de forma estática, sólo puede transmitir fuerzas verticales. Aun que siendo puristas siempre existe una MUY pequeña fuerza horizontal por rozamientos en la rueda del escotero.
2º El winch. Por la forma de trabajar, y también tratandolo sólo estáticamente, se trata de un empotramiento (técnicamente se le llama así a este tipo de unión). Los empotramientos pueden transmitir fuerzas en todas sus direcciónes. Los empotramientos también pueden transmitir momentos, pero no es el caso, puesto que un cabo sólo puede transmitir tracciones.

Aclarado el tema de las uniones, el siguiente factor estático que nos influye es el tema del ángulo de ataque de la escota, a la entrada del escotero.
Pues como podeis ver en los dibujos, cuanto más larga es la flecha del vector, más grande es su módulo. Por lo tanto significa que hace más fuerza, para los que no entiendan de vectores.

Después de tratar sólo físicamente el problema, ahora os hago un razonamiento teniendo en cuenta como suele navegar un velero:
Lo normal es tener un ángulo de ataque, entre la escota y la horizontal, ménor de 90º; con lo cual se podría afirmar que la mayor parte del esfuerzo se lo llevará el winch.

Puede ser que vaya equivocado en algo, puesto que en la universidad no recuerdo haber hecho muchos ejercicios de estática con cuerdas.

Si alguien no entiende algo que lo diga, e intentaré expilcarlo con otras palabras, o de otra manera.

De momento, saludos y unas para ayudar a dijerir la explicación

[Zephyros]

Knot, ¿podrías decirnos en la figura A de qué elemento tira la escota del foque para que el barco avance?:

Recuerda, sólo figura A:

a) de la roldana

b)del winche

c) del tripulante cerveza en mano

d) de todos dependiendo de la descomposición de fuerzas

PD: has introducido la fuerza de rozamiento como nueva interacción a considerar, aunque dices que es muy pequeña ahí está, y estamos de acuerdo, pero por favor, vamos a olvidarnos de ella, por que si no lo hacemos empezarán a aparecer mensajes hablando del rozamiento del agua y el casco, o del francobordo y el aire etc, etc, además sabes que para lo que nos ocupa es verdaderamente despreciable

[TorredeHércules]

Originalmente publicado por Zephyros

Knot, ¿podrías decirnos en la figura A de qué elemento tira la escota del foque para que el barco avance?:

Recuerda, sólo figura A:

a) de la roldana

b)del winche

c) del tripulante cerveza en mano

d) de todos dependiendo de la descomposición de fuerzas

PD: has introducido la fuerza de rozamiento como nueva interacción a considerar, aunque dices que es muy pequeña ahí está, y estamos de acuerdo, pero por favor, vamos a olvidarnos de ella, por que si no lo hacemos empezarán a aparecer mensajes hablando del rozamiento del agua y el casco, o del francobordo y el aire etc, etc, además sabes que para lo que nos ocupa es verdaderamente despreciable

Bos días
Pues fundamentalmente del winche, y en mayor medida cuanto más bajo esté el puño de escota de la vela. De hecho, puedes sumar todas las flechas y excepto la del winche y comprobarás que se eliminan entre sí.
Eso sí, esa flecha (fuerza) horizontal que se ejerce en el winche es menor que la fuerza que se ejerce en el puño (pues le falta la componente vertical)
Saúdos

[Knot]

Originalmente publicado por Knot

Después de tratar sólo físicamente el problema, ahora os hago un razonamiento teniendo en cuenta como suele navegar un velero:
Lo normal es tener un ángulo de ataque, entre la escota y la horizontal, ménor de 90º; con lo cual se podría afirmar que la mayor parte del esfuerzo se lo llevará el winch.

Vale, pues te lo digo llanamente. La componente vertical sólo se la lleva el escotero y la horizontal exclusivamente el winche (la responsable del avance del barco es exclusivamente la horizontal). Fíjate en los vectores, el azul y el verde son de igual módulo y dirección, pero sentido contrario, lo que significa que se anulan.

Fíjate que para que el escotero (o roldana como tu la llamas) se tuviera que llevar algo de fuerza, tendría que oponerse al movimiento horizontal de la cuerda, y puedes comprobar que no es así. Si largas el cabo del winch se va cagando leches no?
Para que se tuviera que llevar la mayor parte de la componente horizontal el escotero, tendriamos que hablar de un escotero tipo stoper; los stopers sí que aguantan fuerza horizontal, pero un simple escotero, que además le pones una rueda o roldana para que el cabo vaya más fino, no puede aguantar nada de esfuerzo horizontal.

Para mi es muy simple estudiar estes sistema comparado a la estructura de un edificio.
Y para los que no sepan nada de física:
Probad in situ lo siguiente, tira manualmente de la escota pasada por el escotero, y despues sin pasar por el escotero. Comprobareis que la fuerza que teneis que hacer es casi la misma. La diferencia de fuerza, no es porque el escotero se lleve parte de la componente horizontal, sinó porque actuaría como polea. Y para acabar, provad de hacerlo variando el ángulo, y vereis que cuanto más abraze el cabo la polea, menos esfuerzo. Pero como lo normal son ángulos digamos entre 20 y 60º, lo único que tira horizontalmente es el winch.

Aun que tenga muy claro lo que ocurre, se aceptan discrepancias.

Espero haberos ayudado a entender como funciona

[Zephyros]

Bien knot, estamos en sintonía

Ahora te voy a proponer otra descomposición de fuerzas pues la que has puesto en tus esquemas (sobre todo la componente horizontal aplicada sobre la polea) no la veo muy clara. En esta descomposición he exagerado la suma vectorial de la primera figura para que se vea, no importa puesto lo que me interesa es que se vea la dirección que coincide con la bisectriz de los dos chicotes.

Con lo cual, el escotero no sólo sufre fuerza hacia arriba sino también un poco desplazada a popa. Y la fuerza horizontal que "tira" en dirección del avance está aplicada sobre el winche (que casi no se ve en el dibujo pero está ahí). ¿Has visto los esquemas de las poleas que puse en los primeros mensajes?

[Knot]

Si que he visto los esquemas que pusiste, me he leido todos los posts.

Primero, quiero resaltar que estoy analizando el problema sólo de forma estática. Así que las fuerzas que pueda haber cuando quires desplazar el escotero de momento no las he analizado.

Aclarado la forma de análisis, puedes hacer las descomposiciones como quieras, pero siempre tienes que anular las fuerzas. De modo que tienes que tener en cuenta que para un ángulo de escota, comprendido entre 0º y 89,99º, es imposible que transmita ninguna fuerza horizontal al carro de la escota; puesto que has dicho que no tengamos en cuenta rozamientos de la roldana del carro.

Porque no puede transmitir esfuerzos horizontales una roldana, a excepción del rozamiento, cuando la fuerza tira en un angulo entre 0 y 89,99º? Espero que entiendas el siguiente razonamiento:
1. Vas por la autopista a 120, perdón, 110.
2. Embragas el motor.
3. ¿Cómo lo haces para frenar el coche, y que por lo tanto, las RUEDAS puedan transmitir una fuerza horizontal para detener el coche?

Respuesta: Pisas el pedal del freno. Que no es ni más ni menos que aumentar la fricción en la rueda.
Como ves, si no pisas el pedal del freno, teóricamente seguirías en movimiento rectilinio uniforme (MRU). Como sabemos que en la práctica no es así, se explica por la fricción que siempre existe en las ruedas y por el rozamientod el aire en el coche.

Espero no haber liado más aun la cosa, pero no sabia como explicarte porque -teoricamente- en el caso que nos ocupa, y analizándolo sólo de forma estática, la roldana del carro del escotero no puede transmitir esfuerzos horizontales.
En resumen: como no puede transmitir esfuerzos horizontales, la descomposición que has hecho, no es posible.

Si quieres, podemos analizárlo de forma dinámica, pero te advierto que no se mucho de dinámica.

[Piratacojo]

En verdad se trata de un sistema estatico. El barco se mueve porque la vela no puede.
Y lo que el barco quiere es pararse.

[Zephyros]

Originalmente publicado por Piratacojo

En verdad se trata de un sistema estatico. El barco se mueve porque la vela no puede.
Y lo que el barco quiere es pararse.

Sí, en el subsistema que analizamos tiene que haber equilibrio entre las fuerzas de otra forma las piezas se moverían, o saltarían...

Estudiamos un equilibrio de fuerzas dentro de un sistema donde todas las fuerzas que tenemos son internas y no hay movimiento relativo entre las piezas. Si cambiamos de sistema de referencia nos aparecen fuerzas externas como la que tira de la vela y las de rozamiento y tenemos movimiento (el barco completo, incluyendo velas)

[sintripulación]

lo siento knot, y gracias por tu aportación, pero zephyros tiene razón...

el problema como está planteado, no tiene solución, falta considerar que la roldana NO tiene que girar!!!

de esta forma se llega a la conclusión (planteando el equilibrio), que lo que se lleva el winche es lo mismo que lo que tira la vela!!! como dice zephiros...

por otra parte, el escotero, debe aguantar una fuerza vertical y hacia arriba de:

T * sen (alfa)

T: tracción en el cabo provocada por la vela
alfa: ángulo de la escota con la cubierta

además, debe aguantar una fuerza horizontal y hacia popa de:

T * (1-cos (alfa))

se aprecia que cuanto más vertical sea el tiro de la vela, más tendrá que trabajar el escotero hacia popa para aguantar el cabo... asunto que se intuye fácilmente, por otra parte!!!

emi _/) *

[Zephyros]

Knot, ya te digo que estamos en sintonía, la fuerza horizontal que "tira del barco" hacia delante en este ejemplo está aplicada sobre el winche, y lo del ángulo entre 0º y 90º ya lo comenté, la carga sobre la polea varía según este ángulo pues si es próximo a cero la carga es casi nula, si es de 90 es completa y si fuera de 180º sería el doble (ej. del albañil tirando de una polea en el techo manteniendo estático el sistema). Aún así, el winche sigue sujetando la fuerza reenviada por las poleas, sea en el ángulo que sea y sea cual sea la carga sobre dicha/s poleas. Podríamos reducir el problema a una fuerza que tira de la polea en dir de la escota (como si atásemos la escota a la propia polea, o simplemente sustituir todas las fuerzas externas al barco por una resultante única, son sistemas equivalentes que nos pueden ayudar en el estudio según lo que busquemos, pero eso es otro tema)

La única discrepancia que podría haber entre tu análisis y lo que te comento, es que opino que la polea del carro sufre además de la componente vertical (normal a la cubierta) otra componente, mucho más pequeña, hacia atrás fruto de la descomposición de fuerzas que te pongo en la polea donde se puede ver con claridad. Como comentaba la componente azul horizontal hacia delante dibujada en la polea no la veo, es como si en cualquier punto del cabo dibujamos el par de tensiones en ambos sentidos que soporta el diferencial de fibra

(no nos aportaría nada). Por cierto no he dibujado el vector de sujección de la polea a la cubierta por simplicidad pero sería igual y de sentido opuesto a la F que sufre la polea anulando, efectivamente las fuerzas para que no nos salgamos de la estática.

Fijémonos en la figura B, comparemos con el ejemplo de un arco en tensión y su flecha (reconozco que no encuentro la forma de encajar lo del coche, con su freno, embrague y su dinámica... aquí ). Estoy convencido que incluso en estática, la fuerza que tienes que aplicar con el brazo y que evita que la flecha salga disparada es exactamente igual y de sentido contrario a la que hace la cuerda del arco tirando de la flecha hacia fuera precisamente por la bisectriz. Pues aquí, respecto esa componente, la polea hace de flecha o de piedra en un tirachinas.

Realmente, la fuerza original de la escota que es la que se transmite tiene una dirección que no es la del movimiento y se transmite al winche. Todas las poleas que pongamos en medio sufrirán (según el ángulo de entrada y de salida) una fuerza en dirección de la bisectriz de los chicotes anulada por la sujección de la polea al casco.

De todas formas, como comentaba, sobre la cuestión principal estamos totalmente de acuerdo