Varför är slör snabbare än läns?

[vonFersen]

Hej alla glada seglare!

Kan någon ge mig anledningarna till varför slör är snabbare än läns? Ju brantare undanvind, desto mer drivs båten framåt av skenbara vinden, är det den enda anledningen? Har det även något att göra med båtens krängning? Mer krängning på slör = längre vattenlinje = mer fart, stämmer det? Finns det fler anledningar?

Och hur är egentligen det här med vattenlinjens längd i relation till båtens maximala fart.. Hur väl stämmer sambandet, hur sant är det och hur väl stämmer det att en förlängd vattenlinje p.g.a. utskjutande akterspegel ökar båtens fart? När blir en deplacementsbåt egentligen en planande båt och det här sambandet slutar att verka?

[Anders S]

Nej, det handlar i princip bara om att den högre vindhastigheten skapar mer kraft på seglet, som i sin tur driver båten.

Diskussionen om deplacementsbåtar som planar och vattenlinjelängd vs maximal hastighet innehåller många parametrar. De viktigaste är vikt (massa) - mindre är bättre, allt annat lika, längd (längre är bättre, allt annat lika) och våt yta (mindre är bättre, allt annat lika). Sedan sätts allt detta ur spel i samma stund som (eller ifall) fartvattnets lyftkraft på botten blir så stor att skrovet kommer upp ur vattnet. Men den gängse begränsningen för deplacementbåtar är en hastighet som motsvarar "maxhastighet i knop är roten ur vattenlinjelängden i meter, gånger en faktor mellan 2 och 3". Faktor två 2 gäller för breda, tunga båtar med mycket skrov i vattnet, 3 gäller för smala, lätta båtar. Men orkar båten ut ur de fysikaliska begränsningarna i gränsskktet (antingen uppåt eller neråt, (ubåtar!) så gäller inte det här. Planande jollar och sportbåtar respektive bärplansbåtar och ubåtar slipper vågbildningsmotståndet helt eller delvis. Katamaraner är extrema varianter på lätta, mycket smala båtar och går utanför begränsningarna, de också.

PS: Välkommen till forumet!

[Seawolf]

Hej alla glada seglare!

Kan någon ge mig anledningarna till varför slör är snabbare än läns? Ju brantare undanvind, desto mer drivs båten framåt av skenbara vinden, är det den enda anledningen? Har det även något att göra med båtens krängning? Mer krängning på slör = längre vattenlinje = mer fart, stämmer det? Finns det fler anledningar?

När man har vinden precis bakifrån så får man bara kraft från att seglen sitter som en "broms" för vinden. Ju fortare båten glider på desto mindre blir relativa vinden som seglen upplever. Och det bildas bara virvlar i ett begränsat område bakom seglen.

På slör kommer seglen (om de är utskotade tillräckligt mycket) att i stället fungera som vingar som ändrar vindens riktning. Både seglens framsida och baksida kommer att medverka i att ändra vindens riktning runt ett område runt båten som har flera masthöjders radie. Man får då ut mycket mera kraft ur vinden. (Det är egentligen kraften som man får genom att ändra luftmassans riktning i detta område runt båten som ger kraften för seglingen). När båtens fart ökar kommer dessutom den relativa vinden som seglen upplever att öka lite och kommer att få en skenbar riktning som är mera från sidan av båten.

[Anders S]

För att få ett begrepp om betydelsen av att få "fartvind" över seglen kan man tänka på att vindkraften (det är den vi använder och försöker tämja) ökar med kvadraten på hastigheten. Vi gynnas därför mycket mer av fartvindtillskottet vid låga vindhastigheter än vid höga. När vindhastigheten är "tillräckligt hög" blir det (förstås) ingen skillnad alls genom att lova upp och öka den ytterligare. Det som gör det så gynnsamt att lova upp är alltså att vindhastigheten ökar. Kan vi öka vindhastigheten från 4 knop till 6 knop genom att lova upp och lägga till vår båthastighet till vindhastigheten (och detta gör vi ofta) får vi tillgång till mer än dubbla kraften ur vinden. (4 knop är ca 2m/s, 6 knop är ca 3m/s). Tävlar vi måste vi räkna på vad vi vinner i kraft (hastighet) kontra vad vi förlorar i väg. Om vi inte tävlar njuter vi förmodligen av den fina seglingen...

Här kan man också behöva räkna (i praktiken, "ha en aning om och gissa litet begåvat") på olika motståndsfaktorer som påverkar båtens hastighet. Till exempel har seglen både med- och motkrafter och när seglet fungerar som en vinge och inte en "trål" eller allmänt vindfång måste man räkna in ett inducerat motstånd (ungefär lika med den lyftkraft mot vinden som genereras av seglet) och motsvarande kraft på kölen och skrovet (som måste motverka avdriften, dvs sidokraften som seglet genererar då vinden länkas av). Här hittar man delvis också förklaringen varför för mycket skotning ger en fartförlust - då beställer man mer lyftkraft än man behöver och tar från den kraft som annars skulle driva båten framåt. Seglar man lätta, responsiva båtar lär man sig snabbt vad som händer då man under- och överskotar OCH betydelsen av att justera vingens form (var buken hamnar) och bukens djup (korda) i förhållande till det verkliga motståndet

Den författare som skrivit bäst om det här är förmodligen Czeslaw Marchaj.

[Kjelle]

Några kommentarer och förenklingar. Det är vindens hastighet över seglet som ger upphov till en drivande kraft i seglet. Vindens hastighet är summan av vindens och båtens respektive hastigheter med hänsyn till deras riktningar (vektoriell addition).
När man länsar rör sig båten i samma riktning som vinden, dvs när båten nått samma hastighet som vinden finns ingen kraft att få ur seglet ty (skenbara) vindhastigheten över seglet = 0. Vid slör kommer vindens och båtens respektive hastigheter att skapa en skenbar vind som, med ökande vindhastighet, vrider sig allt mer föröver och man måste skota om(!) efter den skenbara vinden. På lättdrivna båtar som katamaraner kan man få så stor stor hastighet att man kommer att skota som för bidevind trots att vinden kommer akterifrån. Resultatet blir att hastighetskomponenten mot mål (kan) bli(r) större än på platt läns

Om båten når maximal (deplacerande) hastighet på läns har man inget att vinna på slör

Marchaj är värd att studera!

[SWE54]

...
När blir en deplacementsbåt egentligen en planande båt och det här sambandet slutar att verka?

"Uttrycket planing används om båtens uppträdande när den största delen av bärkraften uppstår genom acceleration av vatten nedåt och båten därigenom lyfter och går högt i vattnet."

[vonFersen]

Okej, så enkelt kan man alltså så säga att slör är snabbare än läns enbart för att den skenbara vinden ökar ju mer man lovar från länsen?

[Anders S]

Okej, så enkelt kan man alltså så säga att slör är snabbare än läns enbart för att den skenbara vinden ökar ju mer man lovar från länsen?

Det är en otillåten förenkling.

Hastigheten ökar till stor del för att skenbara vinden ökar, men också därför att seglen fungerar effektivare ju närmare vinden man seglar (till en gräns, givetvis). Det är också en förenkling.

[vhisla]

En pedagogist text om skrovlängdens inverkan på fart finns här http://marsh-design.com/?q=content/length-matters. Här följer ett litet smakprov:

Length matters
2012, April 5 - 18:52 — Matthew
Longer boats are faster. We tend to take that for granted, because it tends to be true. Put two boats of similar type in a race, and the longer one is almost certain to beat the shorter one to the finish line. The difference that length makes is quite remarkable, but we rarely get to look at it on its own- and that is the subject of today's post.

There are very good reasons why length is such a critical factor in determining speed. A boat never operates in flat water; if it's moving, it'll be affected by its own wake. Waves are rather stubborn- it's hard to force them to do things they don't want to do. And left to their own devices, they'll travel at a speed proportional to the square root of their length.

Consider a boat with a displacement hull- one that relies purely on good ol' Archimedes, with none of that new-fangled dynamic lift. The waves it produces are forced to travel at a certain speed (the speed of the boat) and, therefore, they naturally adopt a length appropriate for that speed. As the boat speeds up, the waves get longer. Eventually, we reach a speed range where the waves created near the bow have their second crest a bit ahead of the stern. The boat likes this- around this speed, the various wave systems often partly cancel each other out, reducing the resistance and allowing for efficient running. The longer the boat, the higher the speed at which this occurs.

[robban999]

Anders S,
du skriver ovan:
"De viktigaste är vikt (massa) - mindre är bättre, allt annat lika, längd (längre är bättre, allt annat lika) och våt yta (mindre är bättre, allt annat lika)."

Varför skulle en båt gå långsammare för att den väger mer, allt annat lika? Är det inte så att den blir långsammare eftersom den tyngre båten får mer våt yta och därmed mer friktion. Vikten i sig har ingen betydelse vad jag kan förstå, åtminstone kommer jag inte på någon fysisk lag som pekar i den riktningen.

mvh

[Anders S]

Anders S,
du skriver ovan:
"De viktigaste är vikt (massa) - mindre är bättre, allt annat lika, längd (längre är bättre, allt annat lika) och våt yta (mindre är bättre, allt annat lika)."

Varför skulle en båt gå långsammare för att den väger mer, allt annat lika? Är det inte så att den blir långsammare eftersom den tyngre båten får mer våt yta och därmed mer friktion. Vikten i sig har ingen betydelse vad jag kan förstå, åtminstone kommer jag inte på någon fysisk lag som pekar i den riktningen.

mvh

Du noterade förstås att reservationen var "allt annat lika?" Du får inte ge den tyngre båten mer segel eller mer längd, det är "fusk"i vår diskussion men i verkligheten är det ju det vanliga.

Alla båtar flyter djupare och tränger undan mer vatten då de är tyngre. Det är inte ens säkert att den tyngre båten har mer våt yta om man jämför med en ANNAN TYP av båt, det beror på formen (blockkoefficienten, huvudsakligen, ifall båten är slank eller en "tjockis". Här finns en del andra oväntade effekter, det inte nödvändigtvis den toksmala båten som blir effektivast). Men nackdelarna med högre vikt (större massa) är helt enkelt att att gravitationen drar ner båten i vattnet och båten blir mindre rörlig, vilket är illa särskilt i vågor. Ju lättare båt, ju mindre vågbildning rent allmänt, mindre skrov i vattnet, mindre våt yta och snabbar svar på roder och trimning vid alla oundvikliga förändringar i vindstyrka och riktning. Dessutom innebär ökad vikt (allt annat lika) att vågbildningsmotståndet ökar relativt den lättare båten, enbart därför att den tyngre båten är "större" på alla sätt i vattnet än den lättare, den gör ett djupare hål i vattnet. Det är bara att ta en titt på ett gäng kappseglingsbåtar, så ser man att onödigt mycket vikt är av ondo. En välkonstruerad segelbåt strävar upp med ökad fart, och det är också svårare för en tyngre båt.

Det finns dock ett specialfall där hög vikt inte är lika negativt som annars, och det är i jämn vind och när inga vågor finns. Då kan man finna att skillnaden mellan två likadana båtar, men där den ena är ett par hundra kilo tyngre inte är så märkbar. Men i en kryssduell, gärna med några täta slag, så halkar den tyngre båten efter direkt. Alternativt, fyll vilken jolle som helst med vatten och se själv vad som händer med båtfarten...

Vikt, är som man säger till nytta i ångvältar, inte i båtar. Men de måste förstås ha vad som krävs för att inte välta och bära sina segel, antingen i form av relingskött eller en tillräckligt tung köl.

[robban999]

HejAnders,
det du skriver låter rimligt för kappseglande båtar där man behöver ändra kurs hastigt och ofta. För en cruisingbåt borde det inte spela roll direkt. Jag tycker det pekar mot att en tung båt vinner i retardationsfasen medan en lätt vinner i accelerationsfasen. Dvs. en tung retarderar lika mycket långsammare som en lätt accelererar snabbare om du förstår vad jag menar. Alltså gungor och karuseller... Detta borde kunna översättas till gång i sjö där en tung inte bromsas lika lätt men lider av komma-igång problem väl uppbromsad.

mvh

[Anders S]

HejAnders,
det du skriver låter rimligt för kappseglande båtar där man behöver ändra kurs hastigt och ofta. För en cruisingbåt borde det inte spela roll direkt. Jag tycker det pekar mot att en tung båt vinner i retardationsfasen medan en lätt vinner i accelerationsfasen. Dvs. en tung retarderar lika mycket långsammare som en lätt accelererar snabbare om du förstår vad jag menar. Alltså gungor och karuseller... Detta borde kunna översättas till gång i sjö där en tung inte bromsas lika lätt men lider av komma-igång problem väl uppbromsad.

mvh

Till att börja med beskrev jag just specialfallet, där skillnaden i viktens skadeffekt är så liten den kan bli (men den kan inte helt försvinna) - då det inte finns vågrörelser som bromsar båten. Men proportionsvis betyder dubbla vikten på båten att dubbelt så mycket vatten måste trängas undan för att hålla båten flytande. Energin (vi talar samma skrov, men olika flytlägen) som behövs för att ge den dubbelt så tunga båten samma hastighet som den hälften så tunga är ungefär dubbelt, om vi inte befinner oss i extremläget där vågbildningsmotståndet är så stort att alla andra skillnader försvinner. Men det är fortfarande en fartskillnad, den tyngre likadana båten kommer inte ikapp.

Nyckeln till att förstå det här är att förstå att den 300 kg tyngre (likadana) båten hela tiden måste flytta undan ett extra badkar med vatten när den rör sig. Skillnaden blir märkbar om båten är tänkt för tre-fyra badkarsvolymer (eller som i mitt fall 33 badkar - då är ett till inte alls lika märkbart.

[blur]

Det är svårt att generalisera då olika båtar har väldigt olika karakteristik.

Anledningen att slör är snabbare är framförallt att man får ett effektivare segelplan. Så klart ökar den skenbara vinden, framför allt i lätt vind, vilket också ger effekt. Sedan finns det en gräns där man når maximal fart. Lovar man mer så blir sidokrafterna för stora och farten minskar (trots att den skenbara vinden fortsätter att öka).

Gällande vikt så är lättare alltid snabbare. Men även här skiljer det mycket mellan olika båtar. 10% extra vikt är allvarligare i en Melges 24 än i en Hallberg Rassy, men bägge kommer att segla sämre. Samma sak med bilar där hk/kg är viktigt för prestandan.

[robban999]

"Energin (vi talar samma skrov, men olika flytlägen) som behövs för att ge den dubbelt så tunga båten samma hastighet som den hälften så tunga är ungefär dubbelt"

Om friktionskraften blir dubbelt så stämmer det men en dubbelt så tung båt får inte automatiskt en dubbel friktionskraft.

Två båtar med samma friktion i vattnet ger samma konstanta fart vid samma framdrivande vindkraft oavsett deplacement. Att deplacementet ger mer friktion beror på att den ger mer våt yta, alltså borde en tung båt ge lägre fart vid samma framdrivande vindkraft. Så långt är vi överrens.

De andra resonemangen du för är inte tydliga och jag inser inte vilka fysikaliska samband du relaterar till. Kanske pratar du om planande båtar vilka jag för enkelhetens skull utelämnat.

Du nämner att vågrörelse skulle spela in, utveckla gärna det om du har lust. Jag utmanar med att en lätt båt torde bromsas lika fort som den accelererar och därför inte ha mer fördel än nackdel.

Observera att jag också tror att en lätt båt är överlägsen i prestanda men jag har ingen aning om varför mer än att många påstår det...

mvh