ヨットの唯一の動力は風なので、船の速度は風の速度よりも遅くなければなりませんか？実際、ボートは風よりも速く走れる

大型ディーゼルエンジンで動く現代の船と比べると、帆船は間違いなく古代の水上輸送手段とみなすことができ、その登場は5,000年以上前に遡ります。

化石燃料を消費する船とは異なり、帆船には独自の動力がありません。彼らの唯一の動力源は風であり、それが航行速度を制限します。これは実に理解しやすいです。風が帆を吹き、帆が船体を動かします。風が帆に及ぼす最大推力は、船と風の相対速度によって決まります。たとえば、最初は船は静止しており、海上の風速は 10 m/s です。このとき船と風の相対速度は10m/sです。風の力で船は動き、速度は5m/sに達します。このとき船と風の相対速度は5m/sになります。

風が帆を吹くにつれて、船は徐々にスピードを上げ、船と風の相対速度は徐々に低下し、風によってもたらされる推力はますます弱くなり、速度の増加に伴って前方の水によって船にもたらされる抵抗が増加することがわかります。徐々に、海水の抵抗と風がもたらす推進力がバランスを取り、帆船はそれ以上加速できなくなります。

明らかに、どんなことがあっても、船の速度は風速に等しくなることはなく、ましてや風速を超えることはできません。しかし現実はそうではありません。現代の帆船は風速を上回るだけでなく、それをはるかに超えることもできます。

なぜ帆船は風よりも速く走れるのでしょうか?

帆船は前進するために風によって発生する推力に頼らず、風によって発生する揚力に頼ります。普段私たちが目にするヨットの帆は巨大なカーテンのように見えますが、膨らんだ帆を上から観察すると、その断面形状は飛行機の翼と非常によく似ていることがわかります。つまり、帆船の推進原理は、実は飛行機の離陸原理と同じであり、どちらも風によってもたらされる揚力に依存しています。よく観察すると、現代の帆船の帆の風上側が風の方向を向くことはなく、横を向いていることがわかります。これは揚力が発生する方向が風向に対して垂直であるためです。

では、帆船を前進させる揚力はどのようにして発生するのでしょうか?もちろんベルヌーイの定理が使われます。

水や空気の流れでは、流速が遅いほど圧力が高くなり、流速が速いほど圧力が低くなります。例えば、地下鉄を待つ人が多い場合、密集した人の流れによって前後の空気が遮断されます。このとき、地下鉄が駅に入り、高速列車が人壁の前の空気の流れを駆動して高速で移動します。しかし、人壁の障害により、人壁の後ろの空気の流れは影響を受けません。このとき、人壁の前の圧力は小さく、人壁の後ろの圧力は大きくなります。この圧力差により、人は後ろから押されて前に進んでいるように感じ、矛盾が生じることがあります。これがベルヌーイの定理です。

現代の帆船の帆はこの原理を利用しています。

帆の断面から、帆の両側が同じではないことがわかります。前面は盛り上がっていますが、背面は基本的に平らです。この設計により、風が横から帆を吹き抜けるときに、帆の前の空気の流れは速くなり、帆の後ろの空気の流れは遅くなります。空気の流量の違いにより、帆の前の圧力は小さくなり、帆の後ろの圧力は大きくなります。大きな圧力差がヨットに大きな動力を与えます。さらに、風速が速いほど、帆の両側の圧力差が大きくなり、それに応じて速度が増加します。そのため、現代の帆船の速度は風速の数倍に達することがあります。

もちろん、現代の帆船の速度の背後にはもう一つの秘密があります。

船が静止して前進しているとき、風と帆の相対的な速度と方向は変化します。一般的に、ヨットが静止しているときの風を真風、動いているときの風を見かけ風と呼びます。帆の方向が適切に調整されていれば、帆船が速く進むほど見かけの風が強くなり、船の速度をさらに上げることができます。もちろん、この速度の増加には限界があります。船の速度によって変化するものは風の力だけでなく風向も変化するためです。速度が一定レベルに達すると、風向が帆船の速度上昇の継続を支えるのに十分でなくなり、船の速度は限界に達します。

詳細については、公式アカウントをフォローしてください：sunmonarch