Las embarcaciones pequeñas generalmente se inclinan hacia un giro, mientras que las grandes se inclinan hacia afuera.
¿Por qué los barcos se inclinan hacia el exterior, pero las embarcaciones se inclinan hacia el interior de una curva?
Por ejemplo, un barco que se inclina en un giro:
Y un barco que se asoma:
Tu pregunta quedó clara después de publicar las imágenes.
Esto corresponde a la diferencia de un giro realizado por una bicicleta/motocicleta y un coche/autobús/camión. Así que estudiemos primero este caso.
Durante el giro dentro del marco de referencia acelerado hay una fuerza "centrífuga" imaginaria, que se dirige hacia el exterior del giro, por supuesto. Por otro lado, la fuerza aplicada por el suelo tiene una componente hacia el giro (debido a la fricción para evitar/reducir el deslizamiento). Esto crea un impulso que tiende a inclinar el objeto hacia el exterior del giro.
De hecho, esto es lo que ocurre con la mayoría de los vehículos de 4 ruedas. Se inclinan hacia fuera en el giro, lo que transfiere la presión de las ruedas interiores a las exteriores, lo que provoca un cambio adecuado en la fuerza normal aplicada a las ruedas. Esto, a su vez, crea un impulso que tiende a inclinar el objeto hacia el giro. De este modo, el vehículo se inclina hasta cierto ángulo, tras lo cual se alcanza el equilibrio.
Ahora veamos qué ocurre con los vehículos de 2 ruedas (como la bicicleta). Como la fuerza normal se aplica en sólo 2 puntos, al inclinarse hacia afuera el giro no transfiere la presión, no hay cambio en la fuerza normal, por lo tanto no se crea impulso hacia el giro. Además, al inclinar hacia afuera el giro se desplaza la masa del eje de las 2 ruedas, por lo que la fuerza gravitacional crea aún más impulso hacia afuera del giro. La moto simplemente caería.
Sin embargo, para realizar el giro, el motorista inclina la moto hacia la curva deliberadamente . Lo hacen mediante el contramanillar, que consiste en que unas microscópicas entradas en la dirección empujan el manillar en la dirección opuesta a la que se quiere girar, inclinando así la moto hacia el giro. El desplazamiento de la masa hace que la fuerza gravitacional cree un impulso hacia el giro. Que está en equilibrio con el impulso de la fuerza "centrífuga".
Ahora vamos a ver qué pasa con los buques.
Al igual que con los vehículos, la fuerza "centrífuga" se aplica hacia el exterior del giro, la fuerza aplicada por el agua tiene una componente hacia el giro (debido a la viscosidad). De ahí que el impulso de la fuerza "centrífuga" sea hacia el exterior del giro. La diferencia es que hay una parte considerable del buque bajo el agua. Además, no es necesario que el centro de masa esté por encima del nivel del agua. Otra diferencia es que no hay puntos de contacto discretos con el agua, sino que la presión del agua se aplica a toda la parte subacuática del buque.
Cuando el buque se inclina (hacia un lado u otro) su configuración cambia: su centro de masa se desplaza, su parte subacuática se modifica, el volumen y la forma del agua "empujada hacia fuera" también cambian. Si el centro de masa del buque + el agua "expulsada" se eleva, hay un impulso que tiende a devolver el buque a su estado original, por lo que es estable.
En teoría, todos los vasos son estables cuando están en reposo (si no, se darían la vuelta). Sin embargo, durante el movimiento algunos vasos se levantan (como el barco pequeño en su pregunta) y se vuelven inestables. Tales embarcaciones definitivamente no pueden realizar el giro a menos que se inclinen deliberadamente hacia el giro. Simplemente porque no hay nada que compense el impulso "centrífugo". POR OTRO LADO, grandes buques puede permanecer estable incluso durante el movimiento, con la suficiente reserva para realizar el giro tal cual.
Por lo tanto, los factores a tener en cuenta son:
En base a ellos se puede ver hacia qué lado se inclina el barco durante el giro.
Sin embargo, hay otro momento interesante. Si el barco es inestable, debería inclinarse hacia el giro. ¿Pero cómo ocurre esto en realidad? El ciclista se inclina intencionadamente, de lo contrario se caería. Lo hace contravolanteando o desplazando su propia masa hacia el giro, que es considerable con respecto a la masa de la bicicleta.
Pero, ¿es este el caso de los barcos a motor? Dudo que la masa del piloto sea considerable con respecto a la masa de la embarcación. Además, si este fuera el caso, los pilotos inexpertos se darían la vuelta con frecuencia, y yo personalmente nunca lo he visto. Esto puede tener dos explicaciones:
Las dos respuestas anteriores tienen fallos. valdo no responde a la parte clave de la pregunta original, sino que pregunta por qué el barco pequeño se inclina hacia dentro. La segunda respuesta dice que los barcos pequeños se inclinan porque la fuerza motriz se aplica en la parte trasera del barco, lo que no es del todo relevante.
El giro se consigue aplicando una fuerza lateral en la popa de la embarcación. Visto desde arriba, se trata de un par de torsión, y trata de hacer girar el barco alrededor de su COM. Como se ha señalado en las otras respuestas, el agua debe empujar contra el lado del casco hacia el interior del giro para girar un barco en movimiento en un círculo. (Si la embarcación no se moviera y tuviera, por ejemplo, motores de arrastre en la proa y la popa apuntando en direcciones opuestas, podría girar en su sitio y el agua no tendría que proporcionar ninguna fuerza).
Podemos ver que el efecto de balanceo entra en juego si miramos horizontalmente el barco desde atrás. En un barco grande, en el que la fuerza lateral es proporcionada por un timón que se extiende prácticamente desde la línea de flotación hasta la quilla, el centro de la fuerza está operando en un punto por debajo del agua, aproximadamente a mitad de camino entre la línea de flotación y la quilla. La dirección de esta fuerza es hacia el exterior del giro (estamos empujando la popa hacia el exterior para girar la proa hacia el interior). Si el centro de masa está por encima de esta fuerza, se genera un par de giro. Sin embargo, la fuerza proporcionada por el agua sobre el casco para girar el barco en movimiento actúa hacia el interior. Esto crea un par de balanceo hacia afuera (de nuevo, si está por debajo del COM). A la velocidad, éste es mayor que el par del timón y, por tanto, el barco rueda hacia el exterior.
En una embarcación pequeña, la fuerza de giro se proporciona cambiando la dirección del empuje, en el caso de un motor fueraborda o de un chorro de agua, o desviando un timón bajo en la corriente de la hélice por debajo de la quilla en el caso de un motor intraborda. Esta fuerza de giro es muy baja, no está centrada entre la quilla y la línea de flotación, sino por debajo de la quilla. Esta mayor distancia por debajo del centro de masa de la embarcación crea un alto par de balanceo que es mayor que el par de giro creado por el agua en el casco. Esto es aún más cierto cuando la embarcación rueda, cuando el vector de empuje del motor tiene realmente una componente ascendente.
Por cierto, en lo que respecta a la estabilidad, el centro de flotación no suele permanecer en un lugar fijo mientras el barco rueda. Si el centro de flotabilidad está directamente debajo del centro de masa, entonces se esperaría que cuando un barco rueda sobre su COM, esto posicionaría el COB hacia el lado alto del barco. Sin embargo, cuando un barco rueda, la forma del casco que está bajo el agua cambia y el centro de flotación a menudo se desplaza hacia el lado bajado. Esto proporciona un par de adrizamiento.
Buena pregunta.
Tanto en las embarcaciones como en los buques, el centro de masa de la nave tiende a estar por encima de la línea de flotación. Esto es un resultado del diseño; se desea tener la menor parte posible de la embarcación por debajo de la línea de flotación, ya que es la parte de la embarcación que está por debajo de la línea de flotación la que causa la mayor fricción en el movimiento. Al mismo tiempo, las partes utilizables por el ser humano de una embarcación suelen tener una densidad inferior a la del agua. (Una excepción es un submarino; hay que tener en cuenta que los submarinos tienden a inclinarse hacia el interior y están sujetos a un problema llamado "snap roll" en el que ruedan demasiado. Para más información, lea esta tesis del MIT. )
Para hacer girar una embarcación, el agua debe aplicar una fuerza sobre ella. Como esa fuerza la aplica el agua, suele aplicarse por debajo del centro de masa. Por lo tanto, es de esperar que un barco típico se incline hacia fuera durante un giro. Y de hecho, esto es lo que hace un barco grande.
Un barco pequeño, cuando gira sin fuerza, hará lo mismo que un barco grande. Para contrarrestar el efecto, se aplica potencia y esto hace que un barco pequeño se incline. Esto se debe a que la fuerza motriz se aplica en la parte trasera del barco. Esto empuja la parte trasera hacia fuera en un giro más amplio y el barco pequeño se inclina hacia dentro. Pruebe a girar una embarcación pequeña sin acelerador.
Los barcos de vela pueden inclinarse hacia fuera o hacia dentro dependiendo de la dirección del viento. Por ejemplo, se inclinan hacia fuera en la primera parte de una virada y se inclinan hacia dentro en la primera parte de una trasluchada, y luego se invierten. Pero la tendencia natural es inclinarse hacia fuera y, por lo tanto, la fuerza sobre un barco de vela lo hará inclinarse hacia fuera mientras atraviesa el viento durante una virada. (Es decir, en el punto de la virada en el que estaría en plancha si se detuviera.) Como los veleros no tienen propulsión en la parte trasera del barco (como en un pequeño barco a motor), estas tendencias se aplican tanto a los veleros como a los barcos de vela.
Física newtoniana y algo de dinámica de fluidos, pero el remate sobre simplificado: los barcos que se suben a un plano (barcos de planeo, "power boats", etc) se "inclinan". Las embarcaciones de desplazamiento (barcos, etc.) se "inclinan hacia fuera". Un barco de planeo se puede "inclinar hacia fuera" desacelerando rápidamente y girando con fuerza. Una vez que el barco empieza a desplazar un volumen de agua igual o mayor que su peso, (en lugar de "saltar" sobre el agua) empezará a inclinarse hacia fuera.
*tl;dr ...volver a aplicar la potencia en dicha desaceleración/giro del barco de planeo contrarresta el papel al contrarrestar el momento angular ya que la fuerza de la hélice+ángulo del cuerpo del espejo de popa (esencialmente el ángulo del timón) aplica una aceleración o fuerza opuesta a la dirección del balanceo ("inclinación"). Hay otras fuerzas adicionales que contribuyen, pero éstas son las principales.
Ejemplos humorísticos: los principiantes de las motos acuáticas, la desaceleración rápida en el giro causada por las estelas de la embarcación = balanceo en dirección opuesta a la guiñada (giro) cuando la moto acuática deja de planear rápidamente.
Creo que la respuesta es bastante sencilla. En primer lugar, hay que entender la forma de un barco frente a la de una embarcación. Una lancha, como una lancha con motor fuera de borda, tiene un fondo mucho más plano que un barco grande y una quilla pequeña, la parte que sobresale bajo el agua, si es que hay alguna. Un barco grande tiene mucha más superficie en relación con su tamaño bajo el agua que un barco pequeño. Además, un barco gira girando su fueraborda o chorro de agua y éstos sobresalen bajo el barco mucho más en relación con el timón de un barco grande.
Para ver cómo esto crea la diferencia de inclinación entre un barco y una lancha, imagine dos barcos diferentes con estas características distintas: el barco A y el barco B. El barco A tiene su timón muy por debajo de su quilla. Además, su quilla es pequeña, la parte inferior es casi plana y su centro de masa está muy cerca del agua. El barco B, en cambio, tiene una quilla muy larga que sobresale muy por debajo y un timón cerca de la superficie. Su centro de masa está más lejos del agua.
Cuando un barco va a girar, el agua que golpea la cuneta hace que el barco intente girar alrededor de su centro de masa y se incline hacia dentro. Mientras esto ocurre, el barco se mueve por el agua de forma lateral porque no puede girar perfectamente. Es como un coche con poca tracción que intenta girar, se desliza por el suelo mientras intenta girar. Este movimiento lateral trata de hacer girar el barco hacia el otro lado. En el caso del barco A, hay muy poca fuerza del agua en el fondo del barco cuando se desliza porque no tiene quilla. Además, el timón está bajo en el agua y trabaja para hacer girar el barco para inclinarse. Por otro lado, el barco B tiene una quilla grande y experimenta una gran cantidad de fuerza del agua al deslizarse. Su timón también está cerca de la superficie y, aunque puede aplicar la misma fuerza, causa muy poco par de torsión, por lo que el barco no se esfuerza tanto por girar hacia dentro. El efecto es que gira hacia fuera.
Creo que eso es todo. En resumen, los barcos grandes giran porque tienen una quilla y esto hace que se inclinen hacia fuera. Los barcos pequeños giran inclinándose hacia dentro y orientando su parte inferior hacia el agua. Busque en Google los barcos a reacción y podrá ver a qué me refiero con eso de que giran.
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