Teoria żeglowania to zbiór informacji o tym, dlaczego jacht płynie, jakie siły na niego działają oraz kilka podstawowych zasad działania tego pięknego sportu od strony teoretycznej.

Wiatr, każdy z nas go czuje, każdy z nas jest z nim zaznajomiony, ale nie każdy wie jak działa. Pomówmy więc kilka słów o tym zjawisku. W najprostszych słowach wiatr to ruch mas powietrza względem powierzchni ziemi.

Do określenia wiatru używamy dwóch jego cech:

Kierunek, z którego wieje
- wiatr północy wieje z północy
Siła z jaką wieje
- m/s, km/h, węzły lub skala Beauforta

Pierwszym sposobem określenia kierunku wiatru jest to, że po prostu go czujemy, ale czasem nasze odczucia mogą być błędne lub możemy chcieć określić kierunek wiatru w miejscu, w którym nas nie ma.

W tym celu możemy wykorzystać pewne narzędzia:

Wiatrowskaz (anemoskop) – proste mechaniczne urządzenie często w formie strzałki na topie masztu, może być również na lądzie
Icek – lekka wstążka, którą możemy przywiązać do want często robiona z taśm starych kaset magnetofonowych
Wimpel – mała trójkątna lub kwadratowa flaga na jednostce pływającej

Możemy również posiłkować się naturą, lub infrastrukturą zbudowaną przez człowieka, lecz nie koniecznie do tego przeznaczoną. Są nimi między innymi:

Gałęzie drzew
Dym z kominów
Fale na wodzie
Różne flagi na brzegu

Wiemy już skąd wziąć wiedzę o kierunku wiatru, teraz musimy sobie powiedzieć o tym, że w teorii żeglowania będziemy mówić nie tylko o wietrze rzeczywistym. Powiemy sobie o trzech wiatrach:

Wiatr rzeczywisty – wiatr wywołany warunkami meteorologicznymi i ukształtowaniem terenu
Wiatr własny – odczuwalny jako wiatr efekt ruchu jachtu, który jest zawsze przeciwny do kierunku, w którym się poruszamy. Możemy go poczuć również na lądzie kiedy będziemy się szybko poruszać np. jadąc rowerem w bezwietrzny dzień.
Wiatr pozorny – wypadkowa wiatru rzeczywistego i pozornego.

Wiatr pozorny możemy odczuwać różnie w zależności od tego jak względem wiatru płyniemy.

Jeśli płyniemy pod wiatr, to Wr i Ww się sumują przez co wiatr pozorny wydaje się silniejszy, a kiedy płyniemy z wiatrem odejmują się przez co płynąc z wiatrem z prędkością bardzo zbliżoną do prędkości wiatru możemy w ogóle nie odczuwać na jachcie wiatru pozornego. Nazewnictwo, które musimy przyswoić do sprawniejszego omawiania dalszych zagadnień to pojęcie nawietrznej i zawietrznej.

Burta nawietrzna – burta, na którą wieje wiatr.

Burta zawietrzna – burta, która jest zasłonięta od wiatru.

Kolejnym bardzo ważnym zagadnieniem jest określenie jak my poruszamy się względem kierunku wiatru, czyli jakim kursem względem wiatru płyniemy.

Kąt martwy – kąt pod wiatr, pod którym nie popłyniemy, może on być różny w zależności od jednostki, jej konstrukcji i ożaglowania.
Bajdewind – kurs, w którym wiatr wieje nam po skosie od dziobu do wiatru wiejącego idealnie od burty
Półwiatr – gdy wiatr wieje nam idealnie z burty, pod kątem 90% do osi jachtu
Baksztag – kurs między półwiatrem a fordewindem
Fordewind – kiedy wiatr wieje nam idealnie z rufy

Im bardziej staramy się płynąć pod wiatr tym ostrzej płyniemy, a bardziej z wiatrem tym pełnij stąd bajdewind i półwiatr nazywamy kursami ostrymi, a baksztag i fordewind kursami pełnymi. Dodatkowo bajdewind i baksztag możemy podzielić na ostry i pełny.

Zmiana kursu z ostrzejszego na pełniejszy nazywamy odpadaniem. Płyniemy wtedy bardziej z wiatrem, łódka mniej się przechyla, a my luzujemy żagle.

Zmianę kursu z pełniejszego na ostrzejszy nazywamy ostrzeniem. Płyniemy wtedy bardziej pod wiatr i wybieramy żagle.

Poza określaniem kursu, jakim płyniemy określamy również hals.

HALS – pojęcie określające stronę, z której względem jachtu wieje wiatr. Można to łatwo zapamiętać prosty sposób, jeśli płyniemy prawym halsem, a co za tym idzie wiatr wieje nam z prawej to żagle będą na lewej burcie. W przypadku kursu fordewind, w którym płyniemy dokładnie z wiatrem grot jest na jednej burcie, a fok na drugiej, ponieważ grot „zasłania” wiatr dla foka. Ten sposób pływania potocznie nazywamy pływaniem „na motyla”, w takiej sytuacji hals określa żagiel główny czyli w naszym przypadku grot.

SIŁY DZIAŁAJĄCE NA JACHT

Kolejnym zagadnieniem potrzebnym do zrozumienia całości tematu są siły działające na jacht.

Siła aerodynamiczna (SA) – powstaje w wyniku działania wiatru na żagiel, rozkładamy ją na dwie składowe:
1. Siła ciągu (SC) – działa wzdłuż osi symetrii jachtu, siła ta napędza jacht
2. Siła przechylająca (SP) – działa prostopadle do osi symetrii jachtu i wywołuje przechył oraz dryf dlatego w niektórych sytuacjach będziemy ją opisywać jako siłę dryfu (SD)
Siła hydrodynamiczna (SH) – powstaje w wyniku działania wody na podwodną część kadłuba, ją również rozkładamy na dwie składowe:
1. Siła oporu (SO) – działa równolegle do osi jachtu w kierunku przeciwnym do kierunku poruszania się jachtu
2. Siła oporu bocznego (SOB) – Działa prostopadle do osi symetrii jachtu przeciwdziałając dryfowi, ale również zwiększa przechył. Działa w kierunku przeciwnym do SP

Siła aerodynamiczna powstaje na żaglu wskutek działania wiatru, a dokładnie w wyniku powstawania lokalnej różnicy ciśnień pomiędzy wewnętrzną w zewnętrzną stroną żagla. Strugi powietrza napotykając żagiel dzielą się na dwie części, nawietrzną (Vn) oraz zawietrzną (Vz). Po nawietrznej tworzy się obszar wyższego ciśnienia (P+), a po zawietrznej niższego (P-). Właśnie w wyniku tego zjawiska powstaje siła aerodynamiczna, a jej kierunek działania jest prawie idealnie prostopadły do cięciwy żagla.

Gdy wiemy już, że siła aerodynamiczna powstaje na żaglu kolejnym elementem, który należy omówić jest ŚRODEK OŻAGLOWANIA.

Przy trójkątnym żaglu, czyli takim jaki spotkamy na jachtach z ożaglowaniem typu Marconi – Bermudzki znajdziemy dwie środkowe trójkąta, a w miejscu ich przecięcia znajdziemy ŚRODEK OŻAGLOWANIA (SO). Odcinek łączący wierzchołek trójkąta ze środkiem przeciwległego bok.

Inną sprawą jest środek ożaglowania na jachcie typu SLUP. Ponieważ na tym typie jachtu znajdujemy dwa żagle – grot i fok – rozróżniamy ŚRODEK OŻAGLOWANIA GROTA (SOG) i ŚRODEK OŻAGLOWANIA GROTA (SOF).

Zakładając, że powierzchnia grota wynosi 10m^2,, a powierzchnia foka wynosi 5m², łączymy linią punkty SOG i SOF, na której proporcjonalnie odkładamy wartości powierzchni obu żagli. Otrzymamy wtedy SO, do którego zaczepiona jest wypadkowa siła aerodynamiczna.

ZRÓWNOWAŻENIE ŻAGLOWE, NAWIETRZNOŚĆ I ZAWIETRZNOŚĆ

Jesteśmy przy żaglach, więc koniecznym jest powiedzenie czym jest ZRÓWNOWAŻENIE ŻAGLOWE i jaki jacht uważamy za zrównoważony.

Jacht żaglowy jest uznawany za zrównoważony, gdy istnieje możliwość takiego ustawienia żagli, aby ze sterem w pozycji „zero” jacht płynął kursem bez wykazywania tendencji do skręcania.

Pojęcie nawietrzności i zawietrzności pojawiło się już wcześniej, wróćmy jednak na chwilę do niego, by zastanowić się jak sprawić by sam jacht stawał się nawietrzny albo zawietrzny. Czym jednak jest jacht zawietrzny albo jacht nawietrzny?

Pojęcie nawietrzności w ujęciu jachtu polega na tym, że jacht uważany za nawietrzny ma tendencję do skręcania w stronę linii wiatru (ostrzenia). Jacht zawietrzny zatem, ma tendencję do oddalania się od linii wiatru (odpadania).

Jak z kolei można spowodować, by jacht stał się zawietrzny lub nawietrzny?

NAWIETRZNOŚĆ – by wywołać nawietrzność jachtu należy przesunąć środek ożaglowania do tyłu lub środek bocznego oporu do przodu np. zmniejszyć powierzchnię żagla przedniego, zwiększyć powierzchnię żagla tylnego, opuścić miecz, dociążyć jacht na dziobie.

ZAWIETRZNOŚĆ – by wywołać zawietrzność jachtu należy przesunąć środek ożaglowania do przodu lub środek bocznego oporu do tyłu np. zmniejszyć powierzchnię żagla tylnego, zwiększyć powierzchnię żagla przedniego, wciągnąć miecz, dociążyć jacht na rufie.

Można wymienić kilka dodatkowych elementów powodujących:

Nawietrzność:

Luzowanie, zmiana na mniejsze lub zrzucenie żagli przednich,
Wybieranie ponad miarę lub zwiększenie powierzchni żagli tylnych,
Pochylenie lub przesunięcie masztu w kierunku rufy jachtu,
Przegłębienie kadłuba jachtu na dziób,
Zmiana zanurzenia płetwy sterowej i miecza, która w zależności od konstrukcji jachtu przesuwa środek bocznego oporu w kierunku dziobu.

Zawietrzność:

Luzowanie, zrzucanie lub zmiana na mniejsze żagli tylnych,
Wybieranie ponad miarę lub zwiększenie powierzchni żagli przednich,
Pochylenie lub przesunięcie masztu w kierunku dziobu jachtu,
Przegłębienie kadłuba jachtu na rufę,
Zmiana zanurzenia płetwy sterowej i miecza, która w zależności od konstrukcji jachtu przesuwa środek bocznego oporu w kierunku rufy.

Położenie SBO i SO nie jest stałe. Zmienia się wraz ze wzrostem siły wiatru i prędkości jachtu w taki sposób, że wzrasta nawietrzność. Podobnie wzrost przechyłu również powoduje nawietrzność.

Współczesne jachty konstruowane są w taki sposób, aby były nieznacznie nawietrzne. Jachty są przez to bezpieczniejsze np. przy nagłych podmuchach wiatru.

STATECZNOŚĆ JACHTU

Oprócz zrównoważenia jachtu pod względem ożaglowania, wyróżniamy także STATECZNOŚĆ JACHTU. Jest to zdolność jachtu do powrotu do pozycji początkowej, pomimo działania sił zewnętrznych.

STATECZNOŚĆ KURSOWA jest wtedy, gdy oba żagle pracują na granicy łopotu. Uzyskuje się wtedy największa siłę ciągu. Przebieranie żagli zakłóca tylko ich pracę oraz powoduje utratę szybkości. Przebrane żagle mogą powodować:

Przebranie foka – powoduje szybsze odpadanie od wiatru, staje się on zawietrzny, wyluzowanie zaś ułatwia ostrzenie jachtu do wiatru przez co staje się on bardziej nawietrzny,
Przebranie grota – powoduje szybsze ostrzenie jachtu do wiatru, a czasem może bardzo utrudniać jego odpadanie, jego wyluzowanie ułatwia odpadanie jachtem od wiatru.

STATECZNOŚĆ WZDŁUŻNA – prawidłowe wybalastowanie jachtu polega na tym, aby rufa nie była zanurzona w wodzie.

STATECZNOŚĆ POPRZECZNA – jacht należy wybalastować jacht, aby płynął na równej stępce. Znaczny wzrost przechyłu powoduje duży wzrost nawietrzności. Stateczność poprzeczna jest najważniejsza z punktu widzenia bezpieczeństwa. Przyjmujemy teoretyczny podział ze względy na stateczność KSZTAŁTU (jachty mieczowe, katamarany) i CIĘŻARU (jachty balastowe). W rzeczywistości jachtu utrzymują równowagę dzięki jednoczesnemu działaniu obu stateczności.

STATECZNOŚĆ KSZTAŁTU – charakterystyczna dla jachtów mieczowych. Cechą stateczności kształtu jest umiejscowienie środka ciężkości (SC) powyżej środka wyporu (SW).

Na jacht w pozycji pionowej działają siły równoważące się: siła ciężkości i siła wyporu, które leżą na tej samej prostej.
W trakcie przechyłu, położenie środka ciężkości nie zmienia swojego miejsca, natomiast położenie środka wyporu przesuwa się w stronę zawietrzną, czyli w stronę przechyłu, tworząc dodatni moment prostujący. Maksymalny moment prostujący występuje przy przechyle wynoszącym 30 – 40 stopni.
Wraz ze wzrostem przechyłu wartość momentu prostującego maleje i przy kącie krytycznym wynoszącym 60 – 80 stopni jacht wywraca się, przyjmując wartość ujemną momentu prostującego.

STATECZNOŚĆ CIĘŻARU – charakterystyczna dla jachtów balastowych i balastowo – mieczowych. W większości przypadków, środek ciężkości (SC) znajduje się również powyżej środka wyporu (SW), ale wartości te są znacznie bliżej siebie poprzez nisko umieszczony balast. W związku z tym mechanizm powstawania momentu prostującego będzie miał podobny przebieg. Różnica będzie występowała jednak w wartościach dodatnich i ujemnych momentu prostującego jachtu.

Na każdy jacht działają razem stateczność kształtu oraz stateczność ciężaru i razem tworzą MOMENT PROSTUJĄCY.

SIŁY DZIAŁAJĄCE NA STER

Na ster jachtu również działają pewne siły. Wyróżniamy w tym zakresie:

Siłę naporu mas wody (SH) – jest skierowana prostopadle do powierzchni płetwy sterowej.
Siłę skręcającą (T) – wektor siły skręcającej przebiega prostopadle do osi symetrii jachtu.
Siłę hamującą (H) – skierowana jest wzdłuż osi symetrii jachtu, przeciwnie do kierunku ruchu.