わかくさモノ造り工房

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なぜ帆船・ヨットは風の力で前に進むのか?

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はじめに

新シリーズ というか

伏線回収 というか

今まで言葉足らずで語り尽くせなかった部分 というか

 

帆船・ヨットに関する記事をボチボチ掘り下げてみようと 思っているのです

 

です・・・です・・・です・・・

 

ですが・・・

 

細かく語ろうとすると分量が膨大で、ジャンルも多岐に渡ります

帆船の歴史 船体やセイルの発展・進化

そこから現代のヨットに繋がる過程

ヨットの種類、構造、走り方、さらにその進化

私の頭の中はまさにカオス状態

そのため、どこから手を付けたらいいか分からないし、どこで収束したらいいかも悩ましいところです

 

しかしながらヨットや帆船のペパクラ、ペーパーモデルを

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(クリックでリンク記事に飛びます)

かなり重要な位置に置いているブログである以上、いつまでもこのテーマから逃げている訳には参りません

 

せっかく自由に好きなことが書けるブログです

思いついた項目、書きたい内容からどんどん書いていって

あとから記事を整理することによって話を纏めていきましょう

(それだと今までと変わらん気がするが まあいいや)

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原始的な帆船の原理 

さて、最初に帆船の核心部分に触れておかなくてはいけません

なぜ風の力で前に進むのか

これを理解しておかないとセイルの発展史も船形の発展史も語れません

 

 

まずはイメージしやすい推進力から考えてみます

 

例えば・・・

 

風の強い日にコートを着て外に出ましょう

風に背を向けコートを

バッ!!

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と広げてみます

 

 

・・・

 

 

間違いなく警察に捕まることでしょう

警察が駆けつけるまでの間、後ろから風に押されて前のめりに倒れつつ、溝に落ちようものなら竜馬的な最期を迎えることもやぶさかではありません

 

同じことを小舟の上でしてみます

進行方向に向いて立ち、同様に後ろから風を受けたとしましょう

前のめりに倒れつつあるところを踏ん張って耐えます

この踏ん張りが作用反作用の法則で小舟に運動エネルギーを与えます

たぶん船は前に進むことでしょう

この前のめりの力を帆船における推進力と考えてください

つまり風の抵抗を受ける何か(セイルなど)を

船の上で広げ(マスト・ヤードなど)て踏ん張らせる

ことによって、最も原始的な帆船は完成です

これは洋の東西を問わず太古の昔から利用されている技術ではないかと推察します

 

有名なのはアラビア海季節風を利用した交易ですね

毎年6月~9月は南西の風が

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10月~翌5月までは北東の風が吹きます

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常に追い風になる時期を狙って航行すれば簡単に海上移動ができるという寸法ですな

一説には紀元前数世紀もの大昔から行われていたとかなんとか

 

ちなみに上の画像は最近見つけたサイト

earth.nullschool.net

から引用しています

地球上の気象状態が動画で分かる優秀なサイトです

ワタクシ気象の専門家ではありませんので、これを見て何か世の中の役に立つようなことはできません

ただ単に眺めて「すげー」してるだけですww

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帆船の歴史

----------この間の帆船の歴史は一旦すっ飛ばします----------

(あんな紆余曲折やこんな進化・発展などネタは山ほど・・・)

 

現代の帆船・ヨットの推進力 

では現代ではどうなのか?

これを解説するのに1本マスト、1枚セイルのヨットを使用すると分かりやすいです

現代のヨットは帆船としては相当に洗練されており、風さえ吹いていれば水面を移動しながらあらゆる目的の場所に到達することができます

つまり風上の目的地にも移動出来るのです

とはいえ

厳密には向かい風に対して約45°の角度までしか切り上がれないのですが

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左右にジグザグの航路を取ることによって最終的に風上の目的地に到達します

f:id:wakajibi2:20210909152934g:plain©わかくさモノ造り工房



 

ではこの約45°の切り上がり

どういうメカニズムなのでしょうか?

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航空機の揚力

まずは揚力について見てみましょう

一般的によくある、「航空機がなぜ飛べるか」

航空機の主翼に発生する揚力を表したものです

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イメージ的には主翼上部の空気の層がゴムみたいに

びにょーん

引き伸ばされる感じ

かといって周囲の空気の層との兼ね合いで(ゴムとは違って)細くなったり、薄くなったりはできず

結果的にその空間全体の密度が低くなる→つまり気圧が下がる

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静止時は主翼の上面と下面は同じ大気圧で押し付け合うのですが

上図のように空気が流れることによって上面だけ押し付ける力が弱まります

だから浮き上がるんですね

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ヨットのセイルに発生する揚力

ではヨットのセイルを見てみましょう

風は画面の上から下に吹いていることになります

先ほどの航空機の主翼と同様に、揚力が発生します

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お分かり頂けただろうか

いやそんなに詳しく理解しようとしなくてもOKです

私自身も物理学的な数式を持ち出して解説出来るほど理解は深くないです

1行でまとめると

セイルに上手いこと風を流すと一定方向に力が発生するのです

このことを利用してヨットは前に進むことが出来ます

 

以上

帆船・ヨットは風によって発生する

・作用・反作用による力

・揚力

主にこの2つの力を推進力にしているというわけです

 

 

真後ろからの風について

ここで注意しないといけないのが

前半でお話した、真後ろから風を受ける方法

これは実はマズーなのです

 

先ほどのセイルに発生する揚力はあくまで

風を当てる

のではなく

風を流す

ことによって発生します

真後ろから風を当てるとどうなるか

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左右両方から均等に入ってきた風はセイルの膨らんだ先の部分で喧嘩して乱流を発生します

作用反作用という意味では推進力になりますが、揚力を発生させるためには非常に効率が悪いのです

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まだまだこれからです

ざっと簡単に説明してきましたが

ここまでがサワリの部分

まだまだ不十分です

 

何が不十分か?って

まず1つ目、ヨットに関して

上のヨットの揚力を示す矢印の方向をよく見てください

本来進むべき方向に向いてねぇ・・・・

これを補正するためのセンターボードの話

 

2つ目は帆船について

真後ろから風を受けることの非効率性の話 続き

今まで作ってきた帆船模型はすべてセイルに若干の角度を付けているのはこのためです

 

これらをそれぞれ今後の記事で解説し、話をどんどん拡げていこうかと・・・

 

 

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