Resistenza e velocità critica di una imbarcazione
In video precedenti ho più volte parlato di velocità relativa dell’imbarcazione, con riferimento soprattutto alla forma delle linee d’acqua in funzione di questa velocità.
Che cosa è la velocità relativa?
Prima di poter dare una risposta c’è bisogno di definire la resistenza all’avanzamento di una imbarcazione con il conseguente calcolo della velocità critica.
Barca più grande = barca più veloce?
Chi ha osservato barche di ogni tipo in navigazione è possibile si sia già posto questa domanda: “Una barca più grande è potenzialmente più veloce di una più piccola?”
E che si sia già dato una risposta: “Sì, una barca grande è capace di raggiungere velocità più elevate rispetto ad una più piccina, a parità di altre condizioni”.
Proviamo a pensare al confronto estremo tra una nave da crociera ed un tradizionale gozzo da pesca di 7-8 metri. Perché la nave raggiunge con relativa facilità i 20-30 nodi di velocità, mentre con il gozzo dobbiamo accontentarci di velocità molto più basse, nell’ordine dei 4-5 nodi? E questo nonostante il gozzo abbia maggiore potenza della nave in rapporto al suo peso?
Resistenza d'attrito e resistenza d'onda
La resistenza all’avanzamento di una barca è formata da due componenti fondamentali: la resistenza di attrito e la resistenza d’onda.
La resistenza di attrito è proporzionale alla superficie bagnata dell’imbarcazione e dipende dal fatto che la barca, nel suo moto, tende a portarsi dietro, quindi a spingere in avanti, gli strati di acqua a diretto contatto, o più prossimi alla sua superficie bagnata.
La resistenza d’onda è invece dovuta al fatto che la nostra barca, nel suo moto di avanzamento, genera un sistema di onde. L’energia spesa per formare queste onde è energia perduta, e costituisce appunto la componente di resistenza d’onda.
A basse velocità le onde formate dalla barca sono piccole e la componente di resistenza di attrito sarà preponderante rispetto alla resistenza d’onda.
Via via però che la velocità di avanzamento aumenta, le onde formate dallo scafo saranno sempre più grandi e più grande sarà la componente di resistenza d’onda che, raggiunte certe velocità, prevarrà sulla componente di attrito.
La velocità critica
Una barca in navigazione produce due sistemi di onde principali: un sistema di onde divergenti ed un sistema di onde trasversali.
La velocità critica – pari a 1,34 volte la radice quadrata della lunghezza effettiva della barca, utilizzando il sistema imperiale di unità di misura – deriva dallo studio del sistema di onde trasversali originato dalla barca in movimento ed è la velocità limite che ogni barca non può superare a meno di non riuscire a valicare la propria onda di prua.
In questa situazione la resistenza all’avanzamento raggiunge un picco.
\[
Vc=1,34\sqrt{Lb}
\]
La velocità relativa
La velocità relativa, definita come il rapporto tra la velocità dell’imbarcazione e la radice quadrata della sua lunghezza effettiva, ci permette di mettere a confronto barche con linee simili ma lunghezze differenti e di avere un riferimento importante per il progetto delle forme.
\[Vr=\frac{Vb}{\sqrt{Lb}}\]
La velocità relativa assume un valore di 0,8-0,9 quando i contributi, alla resistenza totale, di resistenza di attrito e di resistenza d’onda, si equivalgono.
A valori inferiori la resistenza d’attrito è preponderante sulla resistenza d’onda. Il viceversa si ha a valori di Vr superiori a 0,8-0,9.
Vr sarà pari a 1,34 (utilizzando il sistema imperiale di unità di misura) a velocità della barca pari alla velocità critica.
La conoscenza di Vr, nelle condizioni principali di utilizzo della barca che vogliamo disegnare, è di fondamentale importanza per la corretta impostazione del progetto.
Testi di riferimento
Sergio Crepaz, Teoria e progetto di imbarcazioni a vela, Zanichelli
Larsson and Eliasson, Priciples of yacht design, Intl Marine Pub.
Paolo Lodigiani, Un’introduzione al capire e progettare le barche, B.C.A. Demco Kit
Carlo Sciarrelli, Lo Yacht, Ugo Mursia
02/2019
