Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 07
Парус оказывается наклонным, и сила F, развиваемая на нем ветром и примерно перпендикулярная поверхности паруса, направлена вперед, вбок и вверх. Именно на такие компоненты ее и можно разложить: Fx, Fy и Fz. Первая движет судно вперед, вторая направлена вбок и создавала бы дрейф под ветер, если бы ему эффективно не препятствовал узкий (и глубокий) корпус, а третья… (внимание!) — третья создает подъемную силу! Она направлена вверх и «вытаскивает» корпус лодки из воды, уменьшая его водоизмещение! А как же крен? Давайте разбираться дальше.
На рисунке 2 показан вид проа сзади с рулевым, сидящим на балансире. Центр инерции ЦИ всей системы расположен где-то между корпусом и балансиром, а линия действия силы на парусе (пунктир) проходит рядом с ним. Попробуйте повернуть колесо или штурвал, прикладывая силу, направленную к оси или от оси. Ничего не получится! Так и сила давления ветра на парус проа не создает крена. Если рулевой наклонится в сторону корпуса лодки, ЦИ сместится влево, и балансир выйдет из воды, поднимаясь вверх. Откинется рулевой назад, балансир пойдет вниз, к воде (потому, видимо, он и назван балансиром).
Какие же преимущества это дает? Самое главное — площадь паруса можно теперь увеличивать и увеличивать, практически до тех пор, пока «подъемная сила» Fz не сравняется с весом лодки и проа не взлетит в воздух! Собственно говоря, у рулевого, сидящего на поднятом над водой балансире, учитывая большую скорость, создается полное впечатление полета, откуда и пошло в западной литературе название «Flying ргоа». Итак, мы открыли (для себя) первый секрет древних мореходов: равнодействующая сил на парусе должна проходить вблизи центра инерции судна. Это дает возможность ставить очень большие паруса и развивать огромные скорости в сильный ветер.
Есть и другие секреты. Один из них относится к технике руления. Я даже не буду комментировать наш обычный способ перекладывания руля влево и вправо, что тормозит ход судна. Ничего подобного полинезийцы не делали и ход лодки не тормозили. Обратимся к рисунку 3, где изображена проа со стороны наветренного борта. Рулевое весло опускалось около заднего (по ходу) крепления балансира, и лопасть весла всегда была параллельна корпусу. Весло только поднимали из воды или опускали глубже. Таким образом, весло, как ножом, резало воду и не создавало практически никакого сопротивления движению, работая, как крыло с высоким гидродинамическим качеством.
Игра шла на взаимном расположении центра парусности ЦП и центра бокового сопротивления ЦБС. При опущенном весле ЦБС смещался назад по ходу, а ЦП оказывался впереди. Вспомним, что сила бокового сопротивления Fc приложена к ЦБС, а сила дрейфа Fy — к ЦП. Возникал момент двух равных по величине сил Fy и Fc (рис. 4), поворачивающий лодку влево, т. е. уваливающий ее под ветер.
Если же весло приподнять из воды, ЦБС окажется впереди ЦП, и лодка будет поворачивать в противоположном направлении, т. е. приводиться к ветру.
Таким образом, если наши суда «рулят» за счет потери в скорости, силой набегающего на перо руля потока воды, то полинезийское судно поворачивало за счет балансировки всей аэрогидродинамической системы, в конечном итоге силой ветра, ничуть не теряя скорости.
Любопытны также совсем недавние аэродинамические исследования треугольного паруса проа, который сравнивают с крылом дельтаплана. Оказывается, он имеет хорошие характеристики (высокое аэродинамическое качество) в значительно большем диапазоне углов атаки (углов между плоскостью паруса и направлением ветра), чем узкие и высокие паруса современных яхт. Легче выдерживает он и кратковременные сильные порывы ветра — ослабив шкот, мы направляем силу F круче вверх, что может заставить лодку прыгнуть с волны на волну, но не приведет к ее опрокидыванию. У сильно выгнутого паруса с ослабленным шкотом реи приближаются друг к другу, а действующая площадь уменьшается.
Парус проа очень мобилен, при слабом ветре, когда крен или подъемная сила значения не имеют, его можно расположить почти вертикально, перенеся передний угол, например, к балке крепления балансира. Вертикальный парус захватит больше «верхового», более сильного ветра. В таком виде издали парус очень напоминает клешню огромного краба, высунутую из моря.
Изучение опыта древних мореходов продолжается, и мы надеемся привлечь к этому и наших читателей, а возможно, они и сами поэкспериментируют с подобными парусами на своих легких лодках или байдарках.
Настоящие полинезийские проа на ходу.
«Тарава» — современная одноместная яхта-проа.
В. ПОЛЯКОВ, профессор
У СОРОКИ НА ХВОСТЕ
КОНЕЦ СВЕТА ИЛИ НАЧАЛО ЖИЗНИ?.. «Журнал физических исследований», издаваемый в США, опубликовал сценарий самого разрушительного катаклизма в истории нашей планеты. Около 3,9 млрд. лет тому назад Земля подверглась мощнейшей бомбардировке из космоса. Американские планетологи Девид Кринг и Барбара Койн пришли к выводу, что эта катастрофа была вызвана не кометным дождем, а падением десятков тысяч астероидов, причем самые крупные из них оставили после себя кратеры диаметром более 1000 км. Авторы гипотезы полагают, что этот астероидный дождь стал причиной возникновения геотермальных источников, в которых затем и зародилась жизнь на нашей планете.
ИГРЫ НА ОРБИТЕ. Возможно, в ближайшее время космонавты на Международной космической станции будут играть в игры, которые придумали для них российские школьники — участники конкурса «Игрушка для космического экипажа». По мнению организаторов конкурса, игрушки должны помочь психологической разгрузке космонавтов, а также могут использоваться для тренировок и тестов на сообразительность.
ВОНЮЧАЯ БОМБА. Именно такой вид альтернативного оружия разработан в США, сообщает научный журнал «Ньюс сайянтист». Как говорится в статье, оно призвано не убивать или калечить людей, а просто эффективно обращать их в бегство. Как показали уже первые испытания, вонь, распространяемая бомбой, оказывается куда сильнее, чем та, которой славятся скунсы. (Именно они, между прочим, и подали идею новой разработки.) Люди способны находиться в зоне поражения лишь несколько секунд, после чего бегут, сломя голову, зажав носы. Новая бомба, как полагают эксперты, может быть эффективна для разгона демонстраций, устранения беспорядков и освобождения заложников, поскольку противогазы тут не помогают.
ТЕПЕРЬ УВИДЯТ ВСЕ?.. В Великобритании разработано просвечивающее устройство, способное обнаруживать на теле и в багаже пассажиров такие предметы, которые не фиксируют обычные металлоискатели. Речь идет о так называемых микроволновых сканерах, способных фиксировать керамические ножи и особые виды взрывчатки. Новые камеры работают столь быстро, что практически не задерживают потока пассажиров, идущих на посадку в самолет. До сих пор подобные системы использовались лишь в военном деле для улучшения видимости в тумане или в облаках.
КЛОНИРОВАТЬ ЛЮДЕЙ ПРОСТО. Пока в мире разгораются страсти по поводу возможности клонировать человека, ученые из Университета Дьюк, штат Северная Каролина, пришли к выводу, что технически человека копировать гораздо проще, чем создать генетическую копию любого животного. Дело в том, что у братьев наших меньших — от дождевого червя до овечки — есть один ген, не поддающийся копированию, в результате чего клонированные особи умирают в раннем возрасте от различных болезней. У людей такого гена нет, поскольку мы утратили его в процессе эволюции еще 70 миллионов лет назад.
ДАВАЙТЕ ПОСПОРИМ
Возможно ли движение без опоры?
Московский изобретатель Илья Сухарев работает над необычным «безопорным движителем». Возможно, этот аппарат превратит космические полеты в дело столь же простое, как поездка на дачу…
Ракета со стартовым весом 450 тонн выводит на орбиту спутник весом всего лишь 17 тонн. Из оставшихся 433 тонн около 360 приходится на топливо и окислитель, а остальное на разрушающиеся при запуске элементы конструкции. Та же ракета может доставить груз и на Луну. Только масса его будет еще в десять раз меньше. Так нельзя ли для космических полетов найти средства более эффективные?
Такие работы ведутся. Предлагаются аппараты, использующие световое давление, электрические и магнитные поля. Но эти силы крайне малы. Обеспечить старт с Земли они не способны. Ни одного аппарата, работающего на таких принципах, пока не построено.
