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Comment les voiliers vont-ils plus vite que le vent ? Les voiliers de l'Americas Cup peuvent aller jusqu'à 2 fois la vitesse du vent. Comment vont-ils plus vite que le vent ne les souffle ? S'il vous plaît, expliquez-moi comme si j'avais cinq ans.
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Une voile peut faire avancer un bateau de deux manières. 1 . Si le vent vient de l'arrière, ou à un angle pas trop grand derrière le bateau, alors la voile est réglée (essentiellement, pointée) de sorte que le vent gonfle la voile par l'arrière. Le vent pousse le bateau, comme on pouvait s'y attendre. Si le bateau atteignait la vitesse du vent, toute augmentation supplémentaire de la vitesse du bateau ferait que le vent commencerait à le repousser * en arrière *. Donc , dans cette configuration , le bateau ne peut pas aller plus vite que le vent . 2 . Une fois que le vent est à plus de 45 degrés environ de la poupe (arrière) du bateau, la voile est réglée de telle sorte que le * bord avant * de la voile pointe face au vent. Le vent coule maintenant * le long * de la voile des deux côtés de celle - ci . Au fur et à mesure que le bateau tourne de plus en plus face au vent, la voile est tirée de plus en plus, de sorte que son bord avant est orienté face au vent et que le vent circule des deux côtés. Cela fonctionne jusqu'à ce que le bateau se dirige à environ 45 degrés contre le vent, c'est-à-dire que le vent arrive à un angle de 45 degrés par rapport à la proue (avant) du bateau. Comment fonctionne la voile dans ce cas , je vous l' expliquerai un peu plus bas . 3 . Lorsque le bateau pointe à moins de 45 degrés dans le vent, cela cesse de fonctionner. Vous ne pouvez plus obtenir la bonne forme de voile, et le vent poussera juste contre le bateau et le ralentira et finira par l'arrêter. Donc, les gens dans d'autres commentaires disant que vous pouvez naviguer presque directement au près se trompent. On ne peut pratiquement pas naviguer très près du vent directement, il faut être à un angle significatif. C'est pourquoi , lorsque les bateaux essaient de remonter directement au vent , vous verrez le zigzag , et vous remarquerez que chaque zig et zag est d' environ un virage à 90 degrés -- parce qu'ils sont à près de 45 degrés du vent dans une direction . , puis l'autre , alors qu'ils remontent au vent . Alors , comment fonctionne la voile lorsque le bateau pointe entre environ 45 degrés au près et 45 degrés au portant ? Tout dépend de la forme de la voile. Imaginez-vous regardant le bateau directement au-dessus du mât. Le vent souffle la voile dans une sorte de houle . Si c'était possible, le vent pousserait la voile tout droit dans n'importe quelle direction, comme un drapeau, mais ce n'est pas possible. Une voile n'est pas comme un drapeau d'une manière très importante - le bas de celui-ci est attaché à une grande barre droite, appelée bôme. La voile doit donc rester droite en bas, jusqu'au coin arrière. Mais , et c'est tout aussi important , la voile n'est pas non plus un simple triangle plat . Il a un tas de tissu supplémentaire ; il est plus grand au milieu qu'il n'en faut pour remplir l'espace entre les lignes s'il était simplement plat. Il y a donc de la matière supplémentaire à gonfler, et le vent, essayant de souffler la voile sur le côté, la transforme en une courbe. En raison de la forme de la voile et de la quantité de matériau supplémentaire dans quelles parties, la voile forme une forme avec un ballonnement plus net à l'avant et une courbe moins profonde vers l'arrière. Si vous regardez cela d'en haut, cette forme ressemble beaucoup à la coupe transversale d'une aile d'avion vue de côté. Cela fonctionne de la même manière. Je ne vais pas expliquer complètement ELI5 comment cela fonctionne ici, mais la façon la plus simple de l'imaginer est que le vent crée une *aspiration* à l'arrière de la voile. Pensez-y comme ça, en quelque sorte : le long de l'intérieur de la courbe de la voile, le côté dans la direction d'où vient le vent, le vent frappe directement la voile et est courbé par elle. Alors ici, le vent pousse en partie contre la voile. Mais à l' extérieur de la courbe de la voile , du côté opposé à la direction d' où vient le vent , le vent passant devant le mât continuerait simplement à passer là où se trouve la voile , sauf que la direction du mouvement de l' air tirerait un peu d'air loin de la voile. Cela fait courber le vent vers la voile après qu'il l'ait dépassée, mais il ne souffle pas réellement contre la voile, il souffle toujours un peu loin de la voile. Il éloigne l'air de la voile. C'est créer une sorte de succion , aspirer la voile dans cette direction . Il tire la voile vers la direction dans laquelle elle gonfle. Maintenant, vous avez peut-être remarqué, en regardant le bateau d'en haut, que cette direction vers laquelle le vent aspire la voile n'est pas directement vers l'avant du bateau. Et vous avez raison : si le bateau était à plat sur le fond, il commencerait à glisser en partie latéralement, en partie vers l'avant. Mais les voiliers ont quelque chose appelé une quille (si elle est fixée en permanence) ou une dérive (si elle est faite pour glisser dans et hors de l'eau), qui dépasse du fond du bateau profondément dans l'eau. Cette quille est une chose mais une forme de lame large qui permet au bateau de glisser facilement vers l'avant ou vers l'arrière, mais présente beaucoup de résistance contre le glissement latéral. Ainsi, toute la composante latérale de la force provenant de la voile est gaspillée en poussant l'eau contre le côté de la quille/de la dérive, mais la composante avant de la force provenant de la voile fait avancer le bateau. Même si le bateau est en fait poussé latéralement vers l'avant, il ne fait qu'avancer. Maintenant , voici la partie la plus importante pour répondre à votre question : Ce mouvement du vent le long de la voile des deux côtés , créant une force qui aspire la voile vers l' endroit où elle gonfle ... cette force va continuer à être là tant que le vent souffle le long de la voile. Peu importe la vitesse à laquelle le bateau se déplace. Cette force est plus forte lorsque le vent est plus rapide, et cette force s'affaiblit lorsque le vent est plus lent, mais cette force n'est pas du tout affectée par la vitesse à laquelle le bateau se déplace ! C'est la même quantité de force d'aspiration sur un bateau à l'arrêt, ou sur un bateau lent, ou sur un bateau se déplaçant rapidement. Si le bateau se déplace à une vitesse supérieure à la vitesse du vent ? Et alors ? Il n'y a pas de relation, en soi, entre la vitesse du vent et la vitesse du bateau dans ce sens. La seule relation est que la vitesse du vent détermine la quantité d'accélération de la force d'aspiration appliquée au bateau. En théorie, cela pourrait éventuellement accélérer le bateau à une vitesse "infinie" (enfin, éventuellement, la relativité et les limitations de vitesse de la lumière commencent à avoir de l'importance :) , tant que le vent continue de circuler le long des côtés de la voile comme ça. Ce n'est pas le cas, bien sûr, parce qu'il y a de la traînée sur le bateau. C'est-à-dire, la résistance à son mouvement vers l'avant, principalement de l'eau, bien qu'un peu de l'air aussi. Pour toute quantité spécifique de force d' aspiration vers l' avant , il existe une vitesse maximale à laquelle le bateau peut atteindre , où la quantité de force de la résistance de l' eau et de l' air est égale à la quantité de force vers l' avant de l' aspiration de la voile , et le bateau s'arrête obtenir plus vite. Évidemment, plus le vent est fort, plus le bateau peut aller vite avant d'atteindre ce point, car plus le vent est fort, plus la force d'aspiration de la voile est forte. Mais le fait est que la vitesse maximale n'est *pas* déterminée par une comparaison de la vitesse du bateau et de la vitesse du vent. Au contraire , il est déterminé par la relation entre la quantité de force d' aspiration que vous pouvez obtenir de cette taille et forme particulière de voile quelle que soit la vitesse actuelle du vent , par rapport à la quantité de résistance sur le bateau ( déterminée par sa vitesse ) . masse et conception). Bien sûr, la compétence compte aussi, parce que le bateau n'obtiendra pas réellement la véritable force maximale de la voile. Sa proximité avec le maximum possible dépend de la façon dont les marins règlent la voile au bon point et suivent les changements de direction du vent, avec une combinaison subtile de pilotage du bateau et de déplacement de la voile vers l'intérieur ou vers l'extérieur.