Vind, Lovgirighet, och Newton

[hassex]

Här kommer lite teknik info för den som är intresserad

Vi börjar med vinden. Den vind man känner av när man paddlare. Är den relativa vinden alltså resultatet av den Sanna vinden och fartvinden

Sanna vinden är den vind man känner av när man själv inte är i rörelse. Fartvinden är den vind som paddlaren själv alstrar, ju snabbare man paddlar ju mer fartvind.

Ju snabbare man paddlar desto mer vrider den relativa vinden mot paddlare man får mer motvind. Den relativa vinden är alltså beroende på hur fort man paddlar

Här är en bra länk och en kul manick

http://www.sailingusa.info/true_wind_calculator.htm

Här är en annan kul länk man ser mot slutet av filmen när VOR racern Black Pearl accelererar hur den relativa vinden vrider och seglena slår in något i framkant

http://media.putfile.com/The-Black-Pearl-Ripping

Newtons lagar styr det mesta av vår vardags mekanik. Men kan för den oinvigde verka lite luriga.

Här är ett jättebra och lärorikt projekt.

http://na-serv.did.gu.se/nordlab/se/trialse/pdf/fy4.pdf

Newtons första lag

Varje kropp förblir i vila eller rörelse med konstant fart längs en rät linje om
den inte genom inverkan av krafter tvingas ändra sitt rörelsetillstånd.

Typiskt exempel är att stabiliteten ökar med farten. Den framåtriktade kraften ökar och det behövs en större kraft för att kunna kränga kajaken. Det är samma princip som när man cyklar eller för ett gyro.

Samma sak gäller givetvis även för effekterna av lovgirighet ökar man farten minskar förstås inverkan av lovgirigheten.

NEWTONS ANDRA LAG

K = ma
K betecknar kraft, m massa och a acceleration. (Kraft och acceleration är
vektorstorheter, dvs. storheter som har både storlek och riktning. De kan
betecknas med fet stil.)

Vill man paddla snabbt är det låg massa som gäller.

Småbåtskonstruktion är ingen raketforskning. Gymnasiets teknikprogram duger gott. Är man intresserad finns det böcker att låna på närmaste bibliotek.

Hans Friedel
Sveriges Yachtkonstruktörers Riksförening

 

[polkovodets]

Newtons första lag

Varje kropp förblir i vila eller rörelse med konstant fart längs en rät linje om
den inte genom inverkan av krafter tvingas ändra sitt rörelsetillstånd.

Typiskt exempel är att stabiliteten ökar med farten. Den framåtriktade kraften ökar och det behövs en större kraft för att kunna kränga kajaken. Det är samma princip som när man cyklar eller för ett gyro.

Stabiliteten hos ett gyro har att göra med lagen om rörelsemängsmomentets bevarande. För det första gäller den bara roterande kroppar, och har därför inget som helst med stabiliteten hos en båt att göra. För det andra har gyroeffekten knappast något att göra med stabiliteten hos en cykel. Hade det varit så, så hade det inte gått att svänga: cykeln skulle ha varit lika stabil i "sväng-led" som i "tipp-led". Cyklar håller balansen eftersom man genom en minimal rörelse med styret kan omvandla fremåtriktad rörelsemängd till en upprätande kraft i sidled.

Samma sak gäller givetvis även för effekterna av lovgirighet ökar man farten minskar förstås inverkan av lovgirigheten.

Brukar man inte anta att det är tvärt om? Högre fart ger mer virvelbildning bakom kajaken så att aktern lättare sladdar iväg med vinden?

NEWTONS ANDRA LAG

K = ma
K betecknar kraft, m massa och a acceleration. (Kraft och acceleration är
vektorstorheter, dvs. storheter som har både storlek och riktning. De kan
betecknas med fet stil.)

Vill man paddla snabbt är det låg massa som gäller.

Nja, enligt formeln är det accelerationen som är proportionell mot kraften. Hastigheten har inget med saken att göra. Formeln säger att så länge då påverkar ett föremål med en resulterande kraft så kommer det att accelerera, oavsett vilken hastighet det hade från början. Detta är fullständigt irrelevant för kajaker: i praktiken begränsar friktionen (i vid mening) framfarten, och den bromsande kraften beror i första hand på hastighet och skrovform. Massan kommer bara in i ekvationen indirekt eftersom den påverkar hur mycket av skrovet som ligger under vattenytan.

Småbåtskonstruktion är ingen raketforskning.

Nej, uppenbarligen inte. Att beräkna i förväg vad en båt kommer att ha för egenskaper är förbannat svårt. Som tur är, är det inte lika dyrt och farligt som i raketbranchen att göra praktiska experiment. Därför finns det en stor mängd erfarenhet och kunskap hos dagens båtkonstruktörer, för vilka jag har all respekt. Var stolta över er erfarenhet, och lämna fysiken åt raketforskarna!

 

[Björn T]

Raketforskning?

Precis som religion låter sig vetenskap användas antingen till att förklara företeelser i naturen – eller till att förvilla och fördunkla. Umberto Eco har uttryckt det så här:”Låt fakta tala för sig själv. Men fakta, liksom sanningar talar inte – de måste tolkas. Och med Heisenbergs osäkerhetsprincip byter de skepnad under tolkningen.”
När man får sig serverad tolkningar som strider mot både sunt förnuft och erfarenhet finns anledning att dra öronen åt sig.
”Småbåtskonstruktion är ingen raketforskning. Gymnasiets teknikprogram duger gott. Är man intresserad finns det böcker att låna på närmaste bibliotek.” Så långt är jag med. Att Newtons lagar fungerar bra i verkliga livet, trots att de inte riktigt stöds av kvantfysiken, är också odiskutabelt. Men sedan...
”Typiskt exempel är att stabiliteten ökar med farten. Den framåtriktade kraften ökar och det behövs en större kraft för att kunna kränga kajaken. Det är samma princip som när man cyklar eller för ett gyro.”
Jag vet inte hur det numera ser ut när Hasse paddlar, men varken jag eller någon jag känner rollar tillräckligt ofta för att våga sig på att åberopa gyrokrafter som stöd för att balansen ökar i fart. Likaså har jag svårt att se Newtons första lag som stöd för att stabiliteten ökar när man cyklar – på cykeln är det styrningen som sköter balansen och i högre fart krävs mindre girande för att hålla tyngdpunkten ovanför kontaktytan (måhända med ett visst bidrag från gyroeffekt i hjulen?). Att en kajak känns stabilare i fart ser jag enklare förklaringar till: dels får kajaken i högre fart bättre stöd i sitt eget vågsystem och dels får man med högre paddelfrekvens och kraftigare tag bättre stöd av paddeln – samt av psykologiska effekter som att fokus och koncentration på fart innebär att mindre mental energi används för att oroa sig för att kapsejsa.
”Samma sak gäller givetvis även för effekterna av lovgirighet ökar man farten minskar förstås inverkan av lovgirigheten.”
Har någon någonsin upplevt att upplovningen minskar om man ökar farten? Min erfarenhet är den motsatta – utan undantag och mycket påtagligt. Här har gamla militärskämt fått nytt liv: om kartan och verkligheten inte stämmer är överens är det kartan som gäller. ”Science is Truth. Don't be misled by fact” (Finagles doktrin). Men när verkligheten envisas med att inte verifiera ens favororiterori är det väl dags att börja fundera på de logiska mellanstegen. “Logic is a systematic method of coming to the wrong conclusion with confidence.” (Manlys maxim).
Men...
”Vill man paddla snabbt är det låg massa som gäller.” Här är vi helt överens, oavsett vilken teori vi åberopar som stöd...

 

[Anders262]

Newtons första lag

Varje kropp förblir i vila eller rörelse med konstant fart längs en rät linje om
den inte genom inverkan av krafter tvingas ändra sitt rörelsetillstånd.

Typiskt exempel är att stabiliteten ökar med farten. Den framåtriktade kraften ökar och det behövs en större kraft för att kunna kränga kajaken. Det är samma princip som när man cyklar eller för ett gyro.

Gyroeffekten är applicerbar på en kropp som roterar runt en axel (tex cykelhjul). Om man samtidigt försöker vrida kroppen runt en axel ortogonal mot den första rotationsaxeln uppstår ett rätande moment enligt
M=I*w*p
där
I=polärt tröghetsmoment
p=vinkelhastighet första rotationsaxeln
w=vinkelhastighet andra rotationsaxeln

Eftersom det endast är hjulens rotationshastighet som påverkar kan cyklisten lika gärna cykla på ett löparband. Enbart cykelns hastighet är inte det som är intressaqnt. Det har i heller ingen betydelse om cyklisten trampar hårt (uppför) eller åker frihjul (neråt).

Hur detta är applicerbart på en kajaks stabilitet övergår mitt förstånd (torsorotation?). Min tolkning är istället att stor kraft på paddeln ger en extra stödpunkt och gör det lättare för kanotisten att snabbt parera eventuella störningar (vind & vågor).

Samma sak gäller givetvis även för effekterna av lovgirighet ökar man farten minskar förstås inverkan av lovgirigheten.

Jag kan inte se att Newtons lagar har nåt med detta att göra. Om du paddlar i en rät linje i kontant hastighet är kraften enligt Newton noll. Borde vara intressantare att föra resonemnaget utifrån relativvindhastihet (enligt ditt tidigare resonemang) samt påverkan av vatten och vind enligt Navier-Stokes ekvationer (tex inverkan av eventuell turbulens runt aktern)

NEWTONS ANDRA LAG

K = ma
K betecknar kraft, m massa och a acceleration. (Kraft och acceleration är
vektorstorheter, dvs. storheter som har både storlek och riktning. De kan
betecknas med fet stil.)

Vill man paddla snabbt är det låg massa som gäller.

Newtons andra lag säger att att låg massa ger hög acceleration. Den säger inget om hastigheten. Möjligen är den en indikation på hur snabbt du uppnår din marchhastighet. För att bestämma hastigheten behöver du ta hänsyn till vattenmotståndet. Navier-Stokes ekvationer är då en bättre utgångspunkt än Newtons.

Småbåtskonstruktion är ingen raketforskning. Gymnasiets teknikprogram duger gott.

Det går att komma mycket långt med gymnasiekunskaper, men det är bra att känna till begränsningarna. Då Navier-Stokes ekvationer är svåra att hantera är det kanske enklast att utnyttja de empiriska modeller som är utvecklade för båtbyggnad.
[Ändrat av Anders262 2006-03-27 kl 13:11]

 

[Mezzner]

Eftersom jag inte gör anspråk på att vara båtkonstruktör begränsar jag mig till att kommentera de andra farkosterna.

Inledningsvis cykeln, alla som snurrat ett cykelhjul hållandes i axeltapparna vet att gyralmomentet snabbt blir stort. Fast då håller man å andra sidan i en mycket kort axel och upplever möjligen momentet som större.
Vid cykling så går det ju bra att hålla balansen i väldigt låga hastigheter. Det blir lite vingligt, men det beror kanske mest på att styrutslagen ger mindre verkan eftersom sidoaccelerationen bli låg.

Det känns stabilare vid högre hastigheter, men som någon redan sagt, det beror nog inte på ett egentligt gyralmoment då vore det svårare att cykla.

Beträffande "rocket science" så är det ett begrepp som man gärna använder för att beskriva nåt avancerat och därmed lite känsligt och kritiskt.

Jag påstår (som gammal rymdraketkonstruktör) att oerhört mycket av teknologin som nyttjas i en raket ska vara beprövad och snudd på omodern. Man är ängslig och vill inte chansa med nåt nytt, utan det mesta ska vara "proven in field". Rymdfärdsprojekt är oerhört komplexa, med många delprojekt, och även då inom områden där man utnyttjar stor datorkraft eller liknande. Jag skulle dock ändå påstå att min erfarenhet är att man är lite feg och konservativ eftersom man till varje pris vill undivka att råka ut för missöden.

Avslutningsvis, efter att ha sett att det kommit fler inlägg under tiden som jag varit på gång med mitt lilla inlägg; Det Hasse kanske menar är att om man tar i hårdare, under accelleration eller i högre hastighet (där motståndet gör att större kraft krävs) så ger varje paddeltag en så stor reaktionskraft (vattnet mot paddeln) att man har goda möjligheter att styra och hålla balansen?
Jag har själv upplevt att när jag paddlar rank kajak och sjön blir stökig, så börjar jag paddla mer aggressivt och med högre hastighet eftersom jag känner att varje paddeltag ger mer stöd. Fast i det läget är det ju närmast så att jag upplever paddeln som en ledstång...

 

[samme83]

Re: Raketforskning?

”Typiskt exempel är att stabiliteten ökar med farten. Den framåtriktade kraften ökar och det behövs en större kraft för att kunna kränga kajaken. Det är samma princip som när man cyklar eller för ett gyro.”
Jag vet inte hur det numera ser ut när Hasse paddlar, men varken jag eller någon jag känner rollar tillräckligt ofta för att våga sig på att åberopa gyrokrafter som stöd för att balansen ökar i fart.

Helt underbart. Kvällens skratt. Tack för den Björn!
/ Sam

 

[Arneri]

Re: Raketforskning?

”Samma sak gäller givetvis även för effekterna av lovgirighet ökar man farten minskar förstås inverkan av lovgirigheten.”
Har någon någonsin upplevt att upplovningen minskar om man ökar farten? Min erfarenhet är den motsatta – utan undantag och mycket påtagligt.

Med ett roder minskar lovgirigheten vid högre farter.

Angående stabilitet vid högre farter beror det på skrovform. Jag har upplevt minskad stabilitet på vissa kajaker pga att skrovet lyfter ur vattnet vid högre farter.

 

[kajaken_yahoo.com]

Kan förefalla enkelt, men...

Det här med kajakpaddling kan förefalla enkelt, men vänta bara tills vi experter har förklarat det...


hälsningar
Jens

 

[Björn T]

"Always listen to experts.
They'll tell you what can't be done and why.
Then do it."
(citat från någon sammanhang - minns inte vem och var)

 

[f91jsw]

Beträffande "rocket science" så är det ett begrepp som man gärna använder för att beskriva nåt avancerat och därmed lite känsligt och kritiskt.

Jag påstår (som gammal rymdraketkonstruktör) att oerhört mycket av teknologin som nyttjas i en raket ska vara beprövad och snudd på omodern.

OT: Begreppet myntades i USA på 50-60-talen då raketkonstruktion verkligen var i absoluta forsknings- och utvecklingsfronten. Så från början passade det bra även om teknologin mognat sedan dess.

Johannes

 

[srpp]

en stilla undran...

Jag tänker på din signatur: Hans, står Sveriges Yachtkonstruktörers Riksförening bakom dessa resonemang?

 

[The Trooper]

Re: en stilla undran...

Jag tänker på din signatur: Hans, står Sveriges Yachtkonstruktörers Riksförening bakom dessa resonemang?

Hmmm...rolla med en Yacht,det vore nåt.


peter