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Navegando contra el viento. Es este un modelo justo?

Yo estaba rumiando las explicaciones acerca de cómo los barcos pueden navegar contra el viento (o "en el viento"), y se preguntaba si se podría idear un simple modelo mecánico sin la hidrodinámica de los involucrados.

Imagina un carro (en rojo en la figura) que se puede desplazar a lo largo de un perfil recto (de orientación NE-so). Tiene un mástil vertical en el centro, y le damos un panel de control (azul), como una vela rígida, que se mantiene en un ángulo fijo con respecto a la barandilla. La única propulsión es ser extraído a partir de una secuencia de bolas verdes que son lanzados desde el oriente, y se golpee contra el panel (asumir perfecto de las colisiones elásticas). Queremos mover la tarjeta hacia arriba, en la dirección NE.

Parece que esto se puede hacer, al colocar el panel en un ángulo, como en la figura, y que por la mera mecánica de los argumentos de la transferencia de momentum - el carro debe moverse hacia arriba, "en contra de las bolas".

Esto es cierto, y es este un modelo justo de lo que sucede cuando "navegando contra el viento"?

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Paul Townsend Puntos 136

Este es un "buen" modelo desde un punto de vista conceptual. Es el modelo de Isaac Newton mismo cuando trató de modelo el concepto de la sustentación aerodinámica. Sin embargo, el modelado de aire como una serie de pequeñas bolas rebotando de un lado de la vela ignora la contribución de aire en el otro lado de la vela.

El aire se compone de un montón de "bolitas", no sólo de unos pocos, y no sólo chocan con la vela, que chocan unos con otros. Mucho, y muy frecuentemente. La pieza que falta en el modelo es que el aire se desvía en ambos lados de la vela, no sólo uno. Y la contribución desde el "frente" de lado es en realidad mayor que la contribución de la cara que mostrar.

Si usted sigue este análisis de este modelo hasta el final (como hizo Newton) usted encontrará que el ascensor es proporcional al cuadrado del seno del ángulo de ataque. Esto es incorrecto. Un correcto análisis que incorpora la deflexión en ambos lados de la vela dice que el ascensor es proporcional al seno del ángulo de ataque, no de la plaza del pecado. Desde que el pecado(x) <= 1, sin^2(x) <= sen(x). Este análisis groseramente subestima la cantidad de elevación, especialmente en los pequeños ángulos de ataque empleado por los aviones.

Una nota histórica: algunas personas aceptan Newton análisis en el valor de cara y concluyó que los aviones eran imposible porque usted no puede obtener suficiente levante. Afortunadamente, esto no era todo el mundo.

Nota 2: Sí, Newton consiguió este análisis en particular de malo, pero las leyes de Newton del movimiento todavía se aplican. La dinámica de fluidos fue en su infancia cuando Newton abordó el problema, y nadie es perfecto.

Nota 3: Cuando la gente habla de la "Newtoniano explicación de levante" ellos no están hablando de esto defectuoso análisis.

Por CIERTO, la NASA llama a este modelo de "teoría Incorrecta de levante #2

https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong2.html

ADDENDUM: Olvidé mencionar que para hypersoinc vuelo a baja presión atmosférica de este modelo es aplicable. Por ejemplo, se describe el transbordador espacial durante la re-entrada bastante bien. Si las moléculas de aire son bastante escasas y de la superficie de sustentación se está moviendo lo suficientemente rápido como podemos descuidar molécula a molécula de interacciones y concentrarse en la molécula-a-ala interacciones. Pero para los barcos de vela (que no está ni cerca de mach 1) en un periodo razonable de la presión atmosférica, la 'pelotas' o 'saltando de piedra' modelo se queda corto.

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Vijay Santikari Puntos 11

A mí me parece que el carro puede moverse en dirección NE "en contra de las bolas" pero si consideramos la transferencia de impulso a la tierra para que los rieles son fijos, no violan las leyes de la física. Es como golpear una pelota contra una pared. Balón rebote en exactamente opuesta a la dirección original, pero el impulso transferido a la pared es imperceptible porque la pared es demasiado grande. De manera similar, en este caso, el carro se habría movido en el NOROESTE de dirección sin los rieles. Pero debido a que los rieles son de ahí, que el impacto se transfiere a los rieles en el NOROESTE de dirección perpendicular a la barandilla, y a la tierra, cuya masa efectiva es demasiado grande para ver una deformación. La componente de la velocidad paralela a los rieles no es transferida a ellos para que el carro puede moverse NE.

Sin embargo, en el caso de la vela no es necesariamente la física directa de la fuerza del viento que mueve el barco. Diferencial de flujo de viento se crea en cada lado de la vela y en uno de los laterales relativamente baja presión se desarrolla. El barco se aspira en esta área de baja presión que podría ser en el sentido opuesto al viento.

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