Въпрос към ветроходците

[oneman]

При скорост на вятъра 18 km/h (5m/s) с каква максимална скорост може да се движи сърф или леденa шейнa на платна (iceboat)?

[Maistora52]

Без да съм ветроходец, мисля да кажа простичкото: зависи!
От обтекаемостта на сърфа, и от смазката на ските на шейната.

[oneman]

Майсторе,
въпросът е за идеален сърф (шейна) - нулево съпротивление от водата и от обтекаемост.

Примерни отговори: 10 km/h, 18 km/h, 30 km/h 

[Maistora52]

Братко, въвличаш ме в презумпции:
Не си задал всички компоненти на въпроса си.
Пак ще ти отговоря - зависи:
От теглото на Тялото (шейната заедно с пасажерите), от размера на платната също - тук няма вече идеални случаи - всичко и всеки път е различно.
Идеалният случай е - вакуум, няма съпротивление, има само първоначално ускоряващ импулс с гранична стойност.
Максимумът на скоростта на тяло във вакуум е правопропорционална на количеството импулс.
Ако при скорост на вятъра 18км/h - имаш количество импулс.
Във вакуум този същия импулс трябва да задвижи тялото с точно 18км/h.
Нито повече, нито по-малко.
Не говорим за две тела, нали, а само за едно?

[oneman]

 
Хвана се, значи. Колкото и да го усукваш даде някакъв отговор - 'в идеални условия - със скоростта на вятъра'.
Чакам и други мнения.
Въпросът, разбирасе, е уловка, но от готините 

P.S. и аз не съм ветроходец

[Maistora52]

Изглежда ще последват размисли и въпроси, ама импулса постоянен ли ще е, или на порции, или еднократен?
И... много е лесно да хванеш един прост художник за "шаран" в механиката и кинетиката.
Давя се! Помощ!

[CPU]

аз пък съм ветроходец 

максималната скорост се развива когато шейната (сърфа) се движи перпендикулярно на истинския вятър и зависи до какъв най малък ъгъл може да работи платното спрямо привидния вятър.
При шейната може да достигне много, до 4 пъти, т.е. 72 км/ч, при сърфа по-малко, до към 1,5 повече от скоростта на вятъра.

[oneman]

Благодаря, колега CPU!
Ето този отговор очаквах да чуя.

Modern designs of iceboats are very efficient, utilizing aerodynamic designs and low friction, and can achieve speeds as high as ten times the wind speed in good conditions.

http://en.wikipedia.org/wiki/Ice_boat

А сега да посмятаме:
m - маса на сърфа(шейната) с екипажа и т.н.
Vв - скорост на вятъра
Vc - скорост на сърфа(шейната).

При класическо платно (вятъра духа отзад и обикновенно платно)
Приемаме идеален сърф - движи се със скоростта на вятъра Vc = Vв = V

кинетичната енергия е:
Ек1 = (m*V²)/2, J

А сега да сметнем за посочената шейна в wikipedia:
Vc = 10.Vв
Ek2 = (m*(10*V)²)/2 = 100*(m*V²)/2 = 100*Ek1, J

Тук въпроса става интересен. От къде се взимат останалите 99*Ек1, J ?

[Радико]

Това вече го писах тук в този форум "не знам дали не го изтри Алтиум"
Преди време когато за световен рекорд на вятър се признаваха само постижения при скорост на вятъра максимум 11 възела. Световният рекорд доста време остана на новозеландката Найъми Джеимс с феноменалните 33 възела, над 60 Км. в час. Наложи се да премахнат ограничението от 11 възела за да подобри някой рекорда. Тайната на нещата:
Ветроходците го наричат "вимпелен вятър" Това е силата която действа на съда в следствие събирането на векторите на реалния вятър и насрещния вятър породен от движението на съда. Всички останали формули са далеко от истината. Истинските формули за лесно и правилно изчисляване ги има в един pdf прикачен в темата "време е да си направя ветрогенератор"
Впрочем ако пресмяташ нещата със вектори нямаш никаква нужда от формули. При векторите всичко е очевадно и е много по трудно да сгрешиш.   

[tobo1]

....При класическо платно (вятъра духа отзад и обикновенно платно)....

Съвременните платна са с профил на "крило" - както при самолета.
Създават подемна сила - както при самолетно крило. Отчиташ ли я?

[Радико]

Формата на крилото или платното няма абсолютно никакво отношение към повдигнатия въпрос защото в случая тя се оказва константна. При промяна на вятъра и скоростта крилото не се променя.

[tobo1]

Изглежда не разбирам същността на въпроса, парадокс ли има ?
Добавете в сметката примерно спряла шейна и ще изглежда още по-парадоксално?
Извинявам се, ако не съм разбрал идеята.

[oneman]

Радико, прав е tobo1.
Ако няма някаква скорост на сърфа/шейната на никакъв вимпелен вятър не може да се разчита.

При първата сметка не отчитам подемна сила. Все едно платното е щит перпендикулярен
на вятъра, духащ отзад.
Приемам, че в този случай ако платното на сърфа се постави в такава позиция то той ще се движи със скорост непревишаваща
скоростта на вятъра.

При второто изчисление, където очевадно работи аеродинамиката на платното/крилото също не го отчитам, но отчитам измерените факти -
скоростта на сърфа/шейната е 10 пъти по-висока от тази на вятъра.

Възможността на сърф-подобни средства да се движат със скорост по-висота от тази на вятъра е факт.
Причината за това движение е аеродинамичната сила, породена от профила на платното. И тук няма спор.
На този принцип работи вятърната турбината на Darrieus, която се ползва масово.

Остава въпроса каква би трябвало да е конструкцията на ветрогенератор, че постоянно да ползва тази сила.
При Darrieus-а, тази сила действа в правилното направление само за много кратко време от оборота на едно крило.

[tobo1]

Oneman, ти сравняваше кинетичната енергия на 2 еднакви тела движещи се с различна скорост (пък били те шейни или яхти). Просто скоростта на телата е различна в резултат на външно въздействие (в случая вятър).
С каква цел търсиш ефективна перка - за да се намали размерът ли? Скоростите на въртене в един момент стават проблем, но от друга страна на мен ми е интересен въпроса за миниатюрни въздушни турбини, които евентуално биха оползотворили локални движения на въздуха, примерно от сенчеста към ослънчена страна или част на сграда.

[oneman]

Така е. Но този вятър, докато платното не е работило като крило си е бил там и в следващият миг, когато платното започва да работи като крило, пак е този същия вятър.
Околната среда с нищо не се е изменила между тези два момента.
Може би проекцията на вятъра спрямо посоката на движение да се е променила.
И все таки изведнъж константното тяло при константния вятър придобива кинетична енергия няколко десетки пъти по-висока от тази, която е имало преди.
Все едно си тичал към върха на баира, а после се завърташ на 180 градуса и продължаваш да тичаш. И това става на хоризонтална плоскост. Гравитацията не играе.

Щура работа! Трябва да измислим оптимална конструкция за да го използваме за вятърен генератор.