Alla ricerca scientifica della ragione di un comportamento osservato considerato non intuitivo. Lo spunto lo ha dato una sollecitazione davanti ad una birra, al circolo, il martedì sera.

Quando un martedì sera inoltrato di qualche mese fa, davanti ad un boccale di birra Attilio ha posto un quesito a cui finora non era riuscito a trovare risposta, la mia curiosità, sostenuta dalla formazione tecnica ingegneristica, mi ha fatto raccogliere il “guanto della sfida”. Nelle settimane successive, nei pochi momenti che le giornate mi concedevano, ho iniziato a dare forma ad una analisi scientifica per individuare la soluzione da riportare sul bancone del bar del circolo.

Il quesito, come è indicato nel titolo, riguardava il comportamento di una barca a vela senza governo e senza vele, in balìa del vento. Ad Attilio è capitato di vederla ed il fatto che si mettesse di traverso al vento risultava alquanto misterioso e non intuitivo.

Di seguito la descrizione dell’analisi.

Innanzitutto ho fissato le condizioni che descrivono il contesto, necessarie per un percorso di analisi lineare. Il caso tratta di una barca a vela senza governo e senza vele. Quindi motore spento, vele non issate e timone senza governo, lo scafo della barca ha deriva fissa, viene considerato il movimento rispetto al baricentro della barca, non si considera lo scarroccio presente in quanto ininfluente per il fenomeno in osservazione. Si pone infine la condizione iniziale che l’asse longitudinale della barca sia allineato con la direzione del vento, condizione opposta a quanto osservato.

In queste condizioni, alla minima perturbazione, l’equilibrio dell’imbarcazione cambia. L’effetto di una minima perturbazione del flusso del vento induce una iniziale rotazione casuale (ipotizziamo antioraria) dello scafo.

La rotazione fa esporre al vento il lato destro dello scafo che presenta una superficie crescente e conseguente maggior forza resistente al vento. Questo effetto amplifica la rotazione…

La barca continua la rotazione antioraria alimentata dalla resistenza al vento data dalla superficie esposta.

La resistenza dipende dall’angolo dello scafo al vento.

La barca nella sua continua rotazione raggiunge la posizione dell’asse longitudinale ortogonale al vento ma, per inerzia, continua la sua rotazione.

Superata l’ortogonalità le condizioni di resistenza al vento cambiano ed inizia una fase di decelerazione della velocità di rotazione fino all’inversione del senso di rotazione.

L’inversione del senso di rotazione porta di nuovo la barca all’ortogonalità al vento e, per inerzia, al suo superamento continuando una condizione di oscillazione attorno alla posizione di equilibrio stabile ortogonale alla direzione del vento.

L’oscillazione nella direzione opposta si comporta in modo simile alla precedente sempre nell’intorno della condizione di equilibrio stabile.

Di fatto questa è la dimostrazione del fenomeno portata al bancone del bar del circolo e che ha convinto i destinatari a partire da Attilio.

La conferma è arrivata anche con un esperimento casalingo, visibile nel video seguente, sufficientemente valido nonostante l’essenzialità degli elementi utilizzati: https://www.youtube.com/watch?v=9osRVAdwT50

Va precisato che, quando si parla di equilibrio in condizione di ortogonalità al vento, per motivi dati dalla forma longitudinale non simmetrica dello scafo, la posizione di equilibrio non è proprio ortogonale al vento ma con il lato poppiero più avanzato verso il vento rispetto al lato prodiero, in modo tale che le due proiezioni ortogonali delle superfici rispetto al vento siano equivalenti. La sostanza comunque non cambia.

Risolto questo primo enigma, chissà quali altri fenomeni restano ancora da studiare.

Ad esempio, perché rollando lo scafo, con o senza vele, la barca avanza? Alla prossima!

Bv,

Enrico Olioso