Po co jachtowi dziób?

Może po to, po co słoniowi trąba: żeby się tak nagle nie zaczynał. Pytanie o dziób nie jest jednak zupełnie bez sensu, bo największą prędkość przy względnie małych oporach zapewnia kształt tępy z przodu i wydłużony z boku. Czy w świetle tych faktów nie byłoby lepiej, gdybyśmy nieco zmodyfikowali wygląd naszych wakacyjnych krążowników i wyposażyli je w profil laminarny?

Czyli jaki?

Zanim wyjaśnimy ideę profilu laminarnego, przypomnijmy, czym jest przepływ laminarny. Najprościej rzecz ujmując, jest to taki przepływ, w którym sąsiadujące ze sobą warstwy wody poruszają się równolegle i bez zakłóceń – coś jak grzecznie jadące samochody na autostradzie. Profil, który zapewnia taki właśnie przepływ wody wokół obiektu, nazywamy laminarnym. Sprawia on, że opór poruszającego się ciała w danym ośrodku jest mniejszy, a jego prędkość – większa.

Zgodnie z prawami fizyki tego rodzaju profil, aby zanadto nie burzyć wody i nie generować turbulentnych przepływów, powinien zaczynać się dość łagodnie - a zatem ostry dziób zupełnie tutaj nie pasuje. Z drugiej jednak strony, ludzkość pływa po morzach od kilku tysięcy lat – czy zatem naprawdę nikt przez ten czas nie wpadł na to, żeby poeksperymentować z jakimś innym kształtem?

Cóż, nie jest to takie oczywiste. W starych przekazach możemy na przykład znaleźć opisy stwierdzające, że okręt posiadał „pierś łabędzia”. Czyli dość szeroką i obłą.  Na ile jednak taki dziób był efektem przemyśleń na temat zawiłości hydrodynamiki, a na ile kompromisem pomiędzy smukłością a ładownością jednostki, to już pozostanie tajemnicą ówczesnych cieśli.

A tymczasem pod wodą…

…pływają obiekty, które poruszają się bardzo szybko, mimo iż wcale nie mają ostrych dziobów. Wydłużony, a jednocześnie względnie tępy kształt (czyli idealnie laminarny) mają na przykład okręty podwodne albo torpedy. Dlaczego zatem tego samego rozwiązania nie można by zastosować nieco wyżej?

Otóż można by. Tylko że jacht znajduje się w szczególnej sytuacji, bo niejako z definicji porusza się na granicy dwóch ośrodków – wody i powietrza. Co więcej, niekiedy wydaje się, że każdy z nich za punkt honoru postawił sobie udowodnić żeglarzowi, że wcale nie musi z nim współpracować. Dynamika obu tych światów sprawia więc, że opływ wody i powietrza na ich granicy jest zupełnie inny, niż w przypadku obiektu, który w całości znajduje się w jednym z nich.

Poza tym, uzyskanie minimalnego oporu względem wody nie jest jedynym celem, jaki przyświeca konstruktorom jachtów. Nie zapominajmy, że główną siłą napędową są tu żagle, a zatem kształt kadłuba (w tym dziobu) powinien być taki, by biorąc pod uwagę aktualnie wiejący wiatr i opór wody, wygenerować maksymalną siłę nośną, przy jednoczesnym zapewnieniu stabilności całej jednostki.

Rozcinanie fal

Względnie ostry dziób rozcina falę, skutkiem czego zostaje ona mocno zaburzona - ale wcale nie ma to wielkiego wpływu na opór płynącej jednostki. Wskutek tego, że jacht przemieszcza się z prędkością większą, niż prędkość rozchodzenia się rozciętej fali, ta odrywa się od burt i przemieszcza w bok, oddalając się od kadłuba. Sprawia to, że turbulencje wywołane w okolicach dziobu nie mają dużego znaczenia dla przepływów wokół reszty jednostki.

A gdyby tak dziób naszej dzielnej łódki nie rozcinał fal? W takim przypadku by je… miażdżył.  Niby fajnie, ale powtarzające się uderzenia, wymierzone w masy wody, znacznie spowalniałyby jednostkę, a w skrajnych przypadkach mogłyby nawet naruszyć jej konstrukcję.

Dziób – i to, nomen omen, dziobaty – ma zatem swoje uzasadnienie. A poza tym, przyznajcie, że wygląda naprawdę ładnie.