Velocità Critica

(rielaborazione di testo tratto da wikibooks)

Finché la forza di propulsione è maggiore della resistenza dell’acqua sullo scafo la velocità della barca aumenta, fino ad arrivare all’eguaglianza delle forze in gioco.

Per uno scafo dislocante, la resistenza dell’acqua ha un comportamento ‘strano’: ad una certa velocità, detta Critica, qualunque incremento di propulsione, anche notevole, tende ad avere uno scarso/nullo riscontro in termini di incremento di velocità.

Visivamente la velocità critica si raggiunge quando l’onda del solco di prua cerca di allungarsi oltre la lunghezza dello scafo a poppa: volendo semplificare al massimo il concetto si potrebbe dire che al verificarsi di questa condizione la barca ‘navigherebbe in salita’.

Dal sito di Mauro Fornasari (dove c'è un corso di vela..)

Il fatto che la barca, pur impiegando molta propulsione non riesca ad accelerare oltre la velocità critica, è dato dal fatto che una barca che naviga su un’onda anche di pochissimo più lunga del proprio galleggiamento, crea enormi ricircoli di acqua a poppa e onde trasversali a prua e diagonali ai lati: l’energia che genera tutto ciò deriva ovviamente solo dalla forza propulsiva, tutta energia sottratta e consumata a scapito della  propulsione.

Così l’energia che potrebbe aumentare la velocità di avanzamento si consuma tutta a scuotere e muovere l’acqua (si vedono le onde ..) e più si prova ad accelerare più si scuote e si sposta l’acqua (le onde diventano più alte ..), e più energia si perde.

Esiste una legge fisica per cui la velocità delle onde è legata alla loro altezza e lunghezza. Infatti l’energia che serve a formare un’onda è direttamente proporzionale alla sua lunghezza e al quadrato della sua altezza. Alla velocità massima una barca si trova su un’onda con la cresta a prua e la cresta di quella seguente poco a poppa della barca e l’energia che verrà spesa sarà quella che serve a formare tale onda, quindi proporzionale alla lunghezza al galleggiamento e all’altezza che questa prenderà.

Per aiutare nel calcolo della velocità critica è stato definito il Numero di Froude, tale parametro è dato dal seguente rapporto:

\frac{V}{\sqrt[2]{L}}

dove L=lunghezza al galleggiamento espressa in piedi, (1 ft = 0,305 m), e V =velocità critica espressa in nodi, (1Nodo= 1Mmh= 1,852kmh).

Dato che tale valore, osservato su diversi tipi scafo, è risultato compreso fra 1.3 e 1.4, risulta chiaro che potremo calcolare la velocità critica della barca con la seguente formula:

V=1,30\sqrt[2]{L}

Il valore per quanto approssimativo risulterà essere molto vicino a quello che si verifica in navigazione.

Durante il progetto di una barca viene tenuto conto di questo fattore, e si cerca di aumentarlo riducendo il più possibile l’innalzamento di onde dello scafo durante il suo incedere. Uno scafo è tanto più veloce quanto, a parità di lunghezza, solleva onde più basse.

Rowing Race 3

Per avere un’idea, una nave di 300 m di lunghezza che non sia in grado di planare all’incirca non può superare i 40 nodi.

La paperella che ho fotografato, approssimativamente lunga un piede o poco più, ha una velocità critica di circa 1,3×1=1,3 nodi, cioè circa 2,5 kmh: in realtà forse andava appena un po’ più forte, forse perchè adotta un assetto particolare che le permette di cavalcare la sua stessa onda?🙂

Quanto detto vale fino a che la barca naviga in dislocamento, cioè finché l’imbarcazione è sostenua dalla spinta di Archimende.

Diversamente, in planata, lo spostamento di acqua è minimo, perché lo scafo scivola senza produrre onde rilevanti e quindi la velocità critica viene facilmente superata: se lo scavo è stato disegnato appositamente, una volta raggiunta una certa velocità, aumentando ulteriormente la spinta propulsiva (dipende dal peso e dalla forma dello scafo), la nave ‘esce’ dall’acqua e inizia a planare e può raggiungere velocità molto superiori (gommoni, motoscafi, aliscafi, etc.).

Approfondimenti:

http://www.altomareblu.com/carene-futuro-nautica/

http://www.maurofornasari.com/htmcorso/leggi5.htm

http://it.wikipedia.org/wiki/Scafo

http://www.mezzomarinaio.com/index.php?option=com_content&task=view&id=114&Itemid=2

http://giro-di-vento.blogspot.it/2007/04/velocita-critica.html

http://it.wikibooks.org/wiki/Manuale_nautico/Propulsione_a_vela

4 thoughts on “Velocità Critica

  1. Salve, ho letto con enorme interesse l’articolo, ne ho apprezzato la semplicità con la quale viene spiegato un concetto così complesso.
    Desidererei avere una mano su un calcolo affine, ossia come scegliere il motore per far si che uno scafo dislocante si avvicini e raggiunga la velocità critica?
    Deduco che nel calcolo interessi il peso…

    Grazie
    Giuseppe Melilli

    • Grazie Giuseppe.
      Al momento non saprei rispondere però un punto di partenza potrebbe essere questo (che ho trovato qui: http://spazioinwind.libero.it/spray/PDF/Microsoft%20Word%20-%20la%20barca%20in%20numeri.pdf):

      Formula di Crouch
      Su molti testi è riportata una formula nota con il nome di Formula di
      Crouch che permette di determinare la velocità raggiungibile da uno scafo
      che naviga a motore in funzione del suo dislocamento e della potenza
      erogata dal suo motore all’asse:
      V = C / (Displ./SHP)^0,5
      Dove C è una costante che dipende dal tipo di scafo e vale 150 per uno
      scafo dislocante, Displ. è il dislocamento in libre (1pound=0,4535Kg) e
      SHP è la potenza in Hp erogata dal motore all’asse (Shaft Horse Power)

      Io guarderei cosa succede a mettere come V la velocità critica (in nodi?) e ricavando la potenza all’asse SHP.

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