Nelle imbarcazioni a vela la forza motrice è data dal vento che esercita sulle vele una pressione tale da imprimere il moto alla stessa imbarcazione.

Le molecole d' aria quando sono in moto rispetto alla superficie della terra, hanno un movimento praticamente orizzontale ed incontrando un ostacolo, ad esempio una vela spiegata, che supporremo piana e verticale, vi esercitano una pressione, la cui entità è data dalla seguente formula approssimata:  F = M x A 

• Prima legge della Dinamica ( sezione della Fisica che studia il moto dei corpi) : se in un oggetto non c'e' nessuna forza applicata perseverera' nel  suo stato di quiete , ( non si avra' ne' accellerazione ne' decellerazione).

• Seconda legge : un oggetto con applicata una forza accellerera' in maniera proporzionale alla forza stessa( F= M x A).

• terza legge :una forza applicata ad un corpo ne corrisponde un'altra uguale e contraria.

 La forza è la risultante di Portanza + Resistenza 

 Forza = Portanza e Resistenza sono una perpendicolare all'altra, calcolando la loro risultante, la somma delle due forze, la chiameremo con il termine generico di “ Forza – Spinta “. 

 Portanza =   Forza  che va dal basso verso l'alto permettendo ad una barca a vela di procedere controvento. 

 Resistenza = Forza che si oppone alla direzione di avanzamento della barca a vela.

Unita' di misura del vento. 

Le unita' maggiormente utilizzate sono 3: 

• m/s = metri al secondo 

• Miglia/h = miglia marine per ora 

• Km/h = chilometri per ora

Formula “mnimonica” per passare da un'unita' all'altra e viceversa 

Esempio:

 1 ( metri)- 2( Miglia ) -3,6 ( Chilometri)

 1m/sec = 2 Miglia/h = 3,6 Km/h

 Un vento che spira a 10 m/sec = 20 miglia/h = 36 Km/h


 La vela sotto la spinta del vento. 

• Primo:  la vela deve avere la superficie concava ed il vento deve esercitare la sua spinta in funzione della deviazione che subisce. 

• Secondo: le dimensioni della vela devono essere sviluppate piu' in altezza che in larghezza. 

• Terzo: La spinta del vento sulla vela e' variabile ( dovuto secondo la concavita' della vela ed il suo angolo di esposizione al vento) e dalla pressione per centimetro/quadrato data dalla forza del vento. 

• Quarto: le pressioni sopravento e sottovento sono maggiori lungo il bordo di attacco della vela e minore sul bordo di uscita. 

 La risultante totale della “spinta “ si puo' considerare applicata in un punto posizionato a circa 1/3 del bordo di attacco della vela.
 Considerando tutta la” superficie velica” si avra' per differenza di intensita' del vento , una concavita' , ed un ottimo angolo di esposizione al vento “ ideale “ , tale da ottenere il massimo della Spinta.

Le imbarcazioni a vela hanno di solito due alberi, il trinchetto e la maestra, ma possono avere anche un solo albero oppure tre alberi (in tal caso la vela dell’albero di mezzana è detta mezzanella).
Gli alberi possono essere attrezzati con vele latine, al terzo, al quarto, a tarchia, ecc.; sono a "calcese" cioè in legno di un solo pezzo, la cui estremità superiore ha una cavatoia con puleggia per il passaggio della drizza delle vela.

Le manovre dormienti sono due cavi di acciaio che terminano in basso con una redancia a mezzo della quale vengono arridati alle landre o ad appositi golfari situati sulle falchette.

Le manovre correnti sono rappresentate dalle drizze delle vele e da quella del fiocco.Considerata la vela come propulsore ed il vento come forza propulsiva, la forza del vento può essere sfruttata interamente solo da vele piane, ma ciò non può realizzarsi in pratica perché la forza del vento obbliga la tela a cedere per la sua elasticità, producendo così una curvatura il cui effetto è quello di ridurre la forza motrice.

Ogni vela ha un "centro di pressione", ogni imbarcazione, qualsiasi sia il numero e tipo di vele, ha il suo "centro velico", che è il punto di applicazione di un’unica forza,anche detto centro di velatura, risultante di tutte le forze del vento che agiscono su ciascuna vela, capace di produrre lo stesso effetto di tutte le vele.

Il centro velico non ha una posizione fissa: si abbassa, si alza, si sposta verso prora e verso poppa, a seconda di come vengono manovrate le vele; dalla sua posizione dipendono sia l’equilibrio della velatura, sia la stabilità dell’imbarcazione, sia la possibilità di compiere più o meno agevolmente i movimenti di accostata o evoluzione.

L’imbarcazione compie i suoi movimenti attorno all’ "asse verticale di rotazione", che divide la velatura in due quartieri o sistemi velici:

sistema velico prodiero, formato da tutte le vele che si trovano a proravia dell’asse di rotazione e il cui effetto, oltre al moto progressivo, è di far "poggiare" l’imbarcazione, cioè di far allontanare la prora dalla direzione da cui spira il vento;
sistema velico poppiero, formato da tutte le vele che si trovano a poppavia dell’asse di rotazione e il cui effetto, oltre al moto progressivo, è di far "orzare" l’imbarcazione, cioè di portare la prora nella direzione da cui spira il vento.

   Per governare in rotta è necessario che i due sistemi velici si facciano equilibrio, cioè il centro velico si trovi sull’asse di rotazione, perché se è spostato verso prora, avrà predominio il sistema velico prodiero e l’imbarcazione poggerà; se invece è spostato verso poppa, avrà predominio il sistema velico poppiero e l’imbarcazione orzerà.

  A volte, oltre influire sulla velatura, può essere necessario un angolo correttivo del timone.
 

a – Norme generali
 Prima di mollare l’ormeggio è necessario controllare che gli alberi, le vele, gli attrezzi, le manovre fisse e correnti e il timone siano in ordine e funzionino bene. Nel caso che si ritenga opportuno zavorrare l’imbarcazione, perché leggera, bisogna escludere la zavorra di pietra o di ghiaia, in quanto oltre ad essere ingombrante sporca e, se si imbarca acqua, può fare affondare l’imbarcazione. Una zavorra adatta è costituita dall’acqua messa in barilotti piatti, ben rizzati sul fondo. Anche questo tipo di zavorra è ingombrante, ma ha il vantaggio che i barilotti si possono vuotare e riempire in pochi minuti, e, se vuoti, in caso di forte imbarco di acqua, funzionano da casse d’aria, rendendo l’imbarcazione quasi insommergibile.

Nelle accostate, la rotazione avviene intorno ad un asse situato a proravia dell’asse che passa per il centro di gravità; si può variare l’effetto delle vele spostando l’asse di rotazione verso poppa o verso prora. Se si fanno passare degli uomini verso prora, l’asse di rotazione si sposta nello stesso senso e l’imbarcazione diventa orziera; se invece vi è uno spostamento di peso verso poppa, l’imbarcazione diventa puggera.

Di ciò bisogna tener conto quando si vogliono equilibrare le vele, con una razionale distribuzione dei pesi. E’ sempre conveniente mantenere l’imbarcazione leggermente orziera.

 L’equipaggio deve sempre rimanere seduto sul fondo dell’imbarcazione, perché questa sia più stabile. Non bisogna mai sedersi sopravvento per agguantare più vela; basterebbe il ridosso di un ostacolo per far sbandare l’imbarcazione ed imbarcare acqua. Non bisogna mai salire sugli alberi, anche con calma di mare e di vento, perché l’imbarcazione si può capovolgere.

 Il vento a raffiche è molto pericoloso e richiede attenta manovre alle scotte. Nel caso si abbia andature di bolina, al sopraggiungere della raffica bisogna orzare; se invece si tratta di salti di vento, è prudente ammainare le vele. Con andature a vento largo, occorre poggiare, imbrogliare la maestra e mettere il trinchetto a mezzo albero.

Si prendano i terzaruoli quando la lancia, per effetto dello sbandamento, incomincia ad imbarcare acqua da sottovento. Il terzaruolo deve essere preso senza cambiare andatura e senza venire all’orza.

Con vento in poppa si ammaini la vela per prendere il terzaruolo.

b – Viramenti di bordo

Il viramento di bordo è una manovra che ha lo scopo di portare l’imbarcazione a stringere il vento da una mura all’altra. Per una corretta manovra bisogna rifarsi ai concetti del centro velico e dei sistemi velici, ricordandosi che il sistema velico prodiero tende a fare poggiare l’imbarcazione, cioè a fare allontanare la prora dalla direzione del vento, mentre il sistema velico poppiero tende a far orzare, cioè a far avvicinare la prora alla direzione del vento. Stabiliti questi concetti principali, diciamo che vi sono il viramento in prora e quello in poppa, e che, in linea di massima, a meno casi d’impossibilità, viene preferito il viramento in prora, perché fa perdere meno cammino ed è più rapido.

Viramento di bordo in prora - consiste in due movimenti principali:

orzata, cioè portare la prora al vento;

poggiata, cioè passare alla murata opposta,

Le manovre che si compiono sono:

Timone all’orza, ed essendo necessario che il sistema velico poppiero porti di quello prodiero, mollare il fiocco e portare la maestra in mezzo.L’imbarcazione continuerà ad orzare, non appena il vento sarà quasi di prora, si mette il fiocco fuori quanto basta per farlo prendere a collo, poi si rientra man mano per non spegnere l’abbrivio dell’imbarcazione e, contemporaneamente, si cambierà la scotta alla maestra.

L’imbarcazione darà la prora al vento.

Quando il vento è di prora, è necessario che l’imbarcazione poggi, cioè il sistema velico prodiero deve portare più di quello poppiero; quindi appena il fiocco comincerà a portare, si cambierà le scotte al trinchetto e si fileranno quelle della maestra. Appena il trinchetto comincerà a portare si teseranno adagio le scotte del fiocco e della maestra sulle mure e, quando si sarà sull’andatura voluta, si borderà prima il fiocco e poi la maestra.

Viramento di bordo in poppa - consiste in due movimenti principali:

di poggiata per far allontanare la prora dalla direzione del vento;

di orzata per avvicinare la prora alla direzione del vento sino a prendere la voluta andatura opposta alla precedente.

Le manovre che si compiono sono:

•  Timone alla puggia e, dovendo il sistema velico prodiero portare più quello poppiero, filare la scotta della maestra in modo che questa porti poco. L’imbarcazione poggerà.

•  Appena il vento è l’anca, perché il sistema prodiero abbia un maggiore effetto, mollare la scotta della maestra per imbrogliare la maestra. L’imbarcazione continuerà nel suo movimento di puggiata. 

•  Appena il vento è in fil di ruota, occorre che il sistema velico poppiero abbia preponderanza su quello prodiero. Bordare allora la maestra sulle nuove mure, cambierà le scotte al trinchetto e mollare il fiocco. 

• Man mano che l’imbarcazione a venire sulle mure, si cambiano le scotte al fiocco, e si filino assieme a quelle del trinchetto.

•  In un secondo momento si teseranno adagio in maniera che l’imbarcazione raggiunga la voluta andatura con i sistemi velici in equilibrio.

c – Bordeggio

Quando la località che si deve raggiungere si trova nelle direzione dalla quale spira il vento, ovvero l’imbarcazione non può dirigere direttamente su di essa, occorrerà avvicinarsi percorrendo un cammino a zig-zag, formato da successivi viramenti di bordo in prora, in maniera che l’ultima bordata sarà quella che l’avrà portare sulla meta.

La bordata è il tratto che percorre l’imbarcazione a vela tra una virata di bordo e la successiva.

 Quando il vento spira dalla direzione che si vuole raggiungere, la maggiore o minore lunghezza delle bordate non influirà sulla lunghezza del cammino da percorrere; ma, se il vento non spira direttamente dalla meta, si faranno lunghe bordate che si avvicinano ad essa, e si limiteranno quelle che se ne allontanano.

L’andatura di un veliero è determinata dall’angolo che la direzione del vento forma con la direzione della prora, sia che il vento provenga dalla dritta sia dalla sinistra. Si hanno le seguenti andature:

Stretto o di bolina – quando il vento forma con la prora un angolo di circa sei quarte (67° 30’) per le vele quadre; di circa quattro quarte (45°) per le vele di taglio (auriche e latine). La diversità dell’angolo è dovuta all’impossibilità di bracciare maggiormente i pennoni, perché vanno ad urtare contro le manovre fisse.

Di buon braccio – quando il vento forma con la prora un angolo compreso tra 6 e 8 quarte l’andatura di bolina e quella a mezza nave.

A mezza nave o al traverso – quando il vento forma con la prora un angolo di 8 quarte (90°),
in direzione perpendicolare alla chiglia " vento al traverso".

Largo – quando il vento forma con la prora un angolo compreso tra le 8 e 11 quarte (tra 90° e 125°).

Gran largo – quando il vento forma con la prora un angolo compreso tra 11 e 15 quarte (tra 125° e 170°).

In poppa o in fil di ruota – quando il vento forma con la prora un angolo tra i 15 e 16 quarte (tra 170° e 180°).

Nelle prime tre andature la nave subisce uno scarroccio, del quale bisogna tener conto nel seguire la rotta, mentre nelle altre andature il movimento è quasi nullo.
 Il governo della nave consiste in quel complesso di manovre combinate del timone e delle vele per cui viene seguita la rotta stabilita, In base alle andature è necessario dare alle vele un orientamento tale da sfruttare al massimo l’effetto della propulsione del vento e di avere il minimo di scarroccio.Tale scopo viene raggiunto teoricamente quando la vela orientata in modo da fare con la prora un angolo uguale a metà di quello che la stessa prora fa con la direzione del vento.   Praticamente però, nelle andature che vanno da bolina a mezza nave, la vela deve essere orientata in modo da formare con la direzione del vento un angolo non superiore ai 10°. A seconda delle varie andature, l’imbarcazione subisce uno scarroccio, che è massimo nelle andature di bolina, e diminuisce man mano fino ad annullarsi in quello di "largo e gran largo". Sono queste ultime andature quelle che imprimono all’imbarcazione la massima velocità perché le vele "portano bene".   Lo scarroccio è lo spostamento laterale, dovuto al vento, di una imbarcazione, verso sottovento, cioè dalla parte opposta a quella da dove spira il vento, pur conservando il moto progressivo che gli imprimono i suoi propulsori.   L’imbarcazione percorre in tali condizioni un cammino che, rispetto alla direzione della chiglia, è deviato di un angolo che può essere determinato osservando la scia che si allontana dalla poppa inclinandosi dal lato da cui spira il vento.   L’angolo formato dalla direzione della scia e quella della chiglia chiamasi: "angolo di scarroccio" .  La deriva invece è lo spostamento laterale che un galleggiante subisce per l’azione della corrente marina; si vedrà in nautica che tale spostamento si misura rispetto al fondo del mare, se invece ricevono il vento sulla loro superficie rivolta verso prora, cioè se sono "a collo", il moto progressivo si cambia in moto retrogrado, mentre restano immutati tutti gli altri effetti.

 Ricordare che:
Il timone ha i suoi effetti solo quando la nave è in moto o abbrivata;

lo sbandamento fa divenire la nave orziera;

l’orientamento delle vele deve essere tale che la nave abbia il massimo effetto di propulsione ed il minimo scarroccio;

il vento che spira da una direzione può variare: se l’angolo che forma con la prora aumenta, significa che gira verso poppa o "ridonda"; se invece l’angolo diminuisce, significa che gira verso prora o "rifiuta". Se il vento ridonda, la nuova andatura si ottiene aumentando l’angolo che i pennoni fanno con la chiglia; se il vento rifiuta, bisogna diminuirlo.

Vento ritonda:

Il vento ritonda e' il contrario di rifiuta, indica il ruotare del vento,un cambio di direzione in modo tale che,l'andatura      diventa piu' poggiata pur mantenendo la stessa rotta. Si dice inoltre che il vento “ da  buono” ovvero un cambio di direzione del vento sulla vela con angolo maggiore.
Questo cambiamento di direzione del vento,  e' detto “ buono “, regolando opportunamente la vela o la rotta.
Il velista , con una veloce e rapida regolazione della vela , mantenendo possibilmente la rotta costante, evita la caduta di pressione ed una riduzione della portanza.
Se dovesse accadere la caduta di pressione sottovento si va incontro:
1) una riduzione della portanza
2) viene a generarsi una forza di sbandamento
cio' comporta: una perdita di velocita' e difficolta' di manovra con il timone, la barca non e' piu' manovriera quindi una riduzione di avanzamento.

Nota:Portanza-Resistenza
Portanza: si ha quando l'angolo di incidenza tra il vento e la vela e' piuttosto piccolo ( 15 gradi) per limitare la formazione di vortici.
Resistenza: e la pressione esrcitata dal fluido sulla lama in senso perpendicolare al flusso del fluido.
Regime di portanza: si ha quando l'angolo di incidenza di bolina (15-30 gradi) e  dallo scorrimento laminare , fa si che“ la pressione sara' sopravento e la depressione sottovento”.

   Azione del vento sulla vela    

Sia SS la traccia di una vela, supposta piana e verticale, con G suo baricentro, e sia VG la risultante di tutte le forze del vento che colpiscono la vela, cioe’ la FORZA MOTRICE DEL VENTO supposto orizzontale; essendo VG normale al piano della vela, il suo punto di applicazione,detto CENTRO di PRESSIONE o CENTRO VELICO “C”, per la simmetria ed uguaglianza delle forze componenti, coincidera’ con il baricentro “G”. Tutta la forza “VG” sara’utilizzata come forza motrice.

Se, invece, la forza del vento e’ rappresentata,in direzione di intensita’, da”V’G”; ossia il vento forma,in questo caso,un angolo di incidenza “ i “ con la normale della vela, si puo’ scomporla in due componenti: “ V”C “, che, essendo normale alla vela, e’ quella che imprime il moto all’imbarcazione e che viene, percio’, chiamata COMPONENTE UTILE del vento; “ V”’C “, la quale, per essere parallela alla vela stessa, non ha alcun effetto.

Le molecole d’aria, rappresentate dalla “ V’C “ e dalle parallele ad essa,incidendo la vela sotto l’angolo “ i “, vengono riflesse dalla parte opposta alla normale sotto l’arco “ r “, uguale ad “ i “. Si verifica allora che la velocita’ delle molecole d’aria in arrivo e, quindi, l’intensita’ delle forze incidenti verra’ diminuita dalla presenza delle molecole riflesse; questa diminuzione sara’ maggiore dove sono piu’ numerose le particelle riflesse, cioe’ dalla parte opposta alla sorgente del vento. A causa di questo fatto si avra’ una presione minore – sottovento -, ed il centro velico,pertanto,si sposta – sopravvento – da “ G “ in “ C “.

Concludendo, si ha:

  La componente utile della forza del vento e’ sempre normale alla vela.

  Il centro di pressione o centro velico si trova sempre sopravvento al baricentro della vela.

  Centro di pressione e baricentro della vela coincidono soltanto se la direzione del vento e’ normale alla vela.

Si dice che un veliero è in panna quando le vele di un quartiere sono importare mentre quelle dell' altro sono a collo, perciò la nave rimane quasi stazionaria e scarroccia molto, ricevendo il vento in torno a 7 quarte dalla prua.
La panna si prende con l’andatura di bolina, perciò, nel caso si corra con altre andature, bisogna prima stringere con le mure convenienti. La scelta della panna dipende sia dalle qualità nautiche della vela, sia dallo scopo della manovra. I motivi per i quali un veliero mette in panna sono:

mettere a mare un’imbarcazione

dare e prendere rimorchio

caponare o traversare un’ancora

salvare un uomo caduto in mare

scandagliare, cioè misurare la profondità del mare

La panna è distinta dalla vela di gabbia che è messa "a collo" e dalle mure secondo le quali e presa

panna sul parrocchetto controbracciato o in croce

panna sulla gabbia controbracciata o in croce

panna sulla contromezzana controbracciata o in croce
 

La cappa si ha quando per la violenza del tempo, il veliero, nonostante la riduzione di velatura fatta, giudica pericoloso continuare nella sua rotta perché teme danni allo scafo, all’alberatura, al carico, alle persone, stare alla cappa significa sostenere il cattivo tempo, ricevendo il vento poco a proravia del traverso, con velatura ridotta al minimo. In queste condizioni la nave ha pochissima velocità in avanti mentre ha molto scarroccio, anche per effetto del vento e del mare sullo scafo e sull’attrezzatura. Lo scopo della cappa è di creare tra la nave e le onde un ostacolo che la mette al riparo. Infatti, il bastimento scarrocciando molto lascia da sopravvento la sua scia (rèmora) che lo salvaguarda dai colpi di mare, perché le onde vive si trasformano in mare morto o lungo quando giungono nella remora. La remora ha il suo maggiore effetto protettivo quando rimane al traverso o poco a poppavia del traverso, perciò bisogna fare in modo che il veliero scarrocci presso a poco nel letto del vento.
Le vele da tenersi nella cappa dipendono dall’intensità del cattivo tempo e delle qualità nautiche del bastimento (cappa di buon tempo e cappa secca).

Terminologia riguardante le imbarcazioni a vela
 

1)   Sopravvento, il lato da cui spira il vento

2)   Sottovento, il lato opposto a sopravvento

3)   Orzare, l’avvicinarsi della prua alla direzione da cui spira il vento,il suo movimento e’    l’orzata

4)   Poggiare, l’allontanarsi della prua dalla direzione da cui spira il vento, il suo nome e’ la poggiata

5)   Abbattere, il muoversi angolarmente di un’imbarcazione intorno al suo asse verticale da uno o dall’altro lato,voce usata particolarmente quando il suo movimento,detto “abbattuta”,e’ dovuto all’effetto delle vele

6)   Vela in portare, quando il vento colpisce la superficie poppiera della vela: - l’imbarcazione avanza

7)   Vela a collo,quando il vento colpisce la superficie prodiera della vela: - l’imbarcazione retrocede

8)   Vela in filo o in ralinga o sventata, quando la vela non e’ in portare ne’ a collo, ossia e’ orientata nella stessa direzione del vento, la vela fileggia, cioe’ sbatte

9)    Vela bordata in mezzo, quando l’orientamento della vela e’ per chiglia

10)  Vela bordata tutta fuori, quando il suo orientamento e’ per madiere

11)  Vela bordata di fianco,quando il suo orientamento e’ intermedio fra i due precedenti

      12)  Mure a dritta (mure a sinistra) quando il vento spira da dritta (quando il vento spira da 
             sinistra)

      13)  Cambiare mure, quando da mure a dritta si passa a mure a sinistra, o viceversa

14)  Stabilire le vele, il mollare, bordare ed orientare le vele al vento

·         Considerando che – una massa d’aria, incidendo una data superficie, ha massimo effetto motore quando viene riflessa in direzione opposta a quella verso cui si vuole far muovere la superficie-,si deduce che, dovendo essere :  i  =  r  , che  “ CN “ e’ la normale alla superficie,la quale, necessariamente, risulta orientata come SS: cioe’ in questa posizione la superficie velica sfrutta al massimo la forza motrice del vento che ha come direzione  VC .
 

·         Si deduce:
Il migliore orientamento di una vela si ha quando la sua superficie risulta bisettrice dell’angolo prodiero formato dall’asse longitudinale e dalla direzione del vento in arrivo.
 

·          Definizioni:
Centro velico o centro di pressione “C” e’ il punto di applicazione della risultante delle forze del vento agenti su di una vela.
 

·         Centro di deriva o centro di resistenza laterale della carena  “ Cd” e’ il centro di figura del piano di deriva, che e’ la proiezione della superficie – immersa – della carena sul piano longitudinale. 
 

·         Se, invece di considerare una vela soltanto,s’intende tenere conto di tutta la velatura, ossia del complesso delle vele di cui e’ armata l’imbarcazione,si hanno le seguenti definizioni: 

·         Centro di velatura “ C.V.” e’ il punto di applicazione della risultante delle forze del vento agenti su tutta la velatura.
 

·         Piano di velatura “ P.V.” e’ la somma delle superfici delle singole vele.