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¿Porqué un velero puede navegar con el viento en contra?

Publicado por el de de a las

Respuesta más completa hasta el momento, redactada por: Lobo de mar

Como ya sabemos, una embarcación a vela avanza cuando recibe el viento por la popa (por detrás, para los profanos), pero es más difícil de entender porqué no retrocede si el viento le entra casi de frente; más al contrario, aunque sea lentamente consigue avanzar.

El principio físico en que se basa este fenómeno es similar al que hace que un avión pueda elevarse cuando está en movimiento. En las alas de un avión, las presiones son diferentes según las midamos en la cara superior o en la inferior. En una vela sucede lo mismo: cuando ésta forma con la dirección del viento un ángulo relativamente cerrado, por ejemplo de hasta 30º, la vela presenta una de sus caras (la llamada cara activa) a barlovento (lugar por donde viene el viento), recibiendo el aire con toda su fuerza produciendo sobre ella un aumento de la presión, y consecuentemente un abatimiento (desplazamiento lateral).

Mientras, en la otra cara dorsal que se encuentra a sotavento (lugar por donde sale el viento) las moléculas de aire se aceleran, precisamente porque existe una disminución de la presión, motivada por la pantalla que la propia vela presenta al paso del aire que está intentando penetrar por la cara activa.

Llegados a este punto, ya podemos imaginar que una aceleración del aire en una cara de la vela con respecto a la otra cara, produce un efecto de succión. Este efecto no es homogéneo a lo largo y ancho de toda la vela, sino que sus vectores están distribuidos por toda la superficie con ángulos y valores ligeramente diferentes. Pero, la resultante de todas esas fuerzas que se manifiestan en la cara dorsal de la vela con respecto a la cara activa, tienen una dirección que es más favorable al avance.

En definitiva, la fuerza del viento sobre la cara activa o de barlovento produce una componente de abatimiento de la embarcación, mientras que la fuerza sobre la cara dorsal o de sotavento produce una componente en dirección más cercana a la proa: la resultante de ambas fuerzas es favorable al avance.

Hay que decir, que si el velero no está dotado de orza, la fuerza del abatimiento se impondrá impidiendo el avance, pero eso lejos de explicarlo lo dejo como justificación para formular más tarde otra nueva pregunta.

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Por algún comentario recibido parece que no ha quedado suficientemente claro, así que intentaré explicarlo con gráficos:

El gráfico superior muestra la vela con una determinada curvatura, que le da una forma cóncava a la cara activa (por donde entra el viento) y convexa a la cara dorsal (por donde sale el viento); en términos marineros diríamos cara de barlovento y cara de sotavento. En la cara activa, dado que la vela hace de pantalla, la fuerza del viento genera una alta presión haciendo que las moléculas del aire se contengan y circulen muy despacio.

Por el contrario, en la cara dorsal no existe apenas resistencia al viento, por lo que la presión es muy baja y las moléculas de aire circulan muy rápidamente; el efecto sobre el conjunto de la vela es el de succión, como si el viento intentara “tragarla”.

En este otro gráfico se pueden observar las diferentes componentes incidiendo sobre la vela. En la cara activa los vectores apuntan casi todos a 90º, por lo que la dirección resultante se puede considerar la misma. Sin embargo, en la cara convexa la forma de la vela permite una baja presión y que las moléculas se desplacen a gran velocidad, creando vectores de fuerza con valores y direcciones diferentes.

Podemos observar que los vectores de mayor valor (dibujados en rojo) apuntan en una dirección más próxima a la del plano de crujía de la vela (señalizada con una linea azul). Como resultado, la resultante de esas fuerzas es más favorable al avance que al retroceso.

Aquí no he tenido en cuenta el abatimiento (deplazamiento lateral por efecto de la fuerza incidente en la cara activa), pues se da por hecho que la orza que debería dotar la embarcación la contrarresta en parte permitiendo que la fuerza resultante sea siempre a favor del avance.

 

Archivado en Preguntas Inquietas



Recibidos 28 Comentarios para “¿Porqué un velero puede navegar con el viento en contra?”


  1. No me ha quedado muy clara la explicación de Lobo de mar… Veamos, me imagino un barquito con su vela. Si el viento viene desde atrás (yo soy uno de los profanos en la materia) o popa, entonces tenemos en total tres fuerzas que actúan? La fuerza del viento que empuja, la del vacío que succiona y la del rozamiento/mar que frena? Si esto fuera cierto me imagino que para navegar contra el viento habría que conseguir reducir la fuerza que el viento ejerce sobre nuestra embarcación aumentando la fuerza de succión del vacío al otro lado de la vela, no? (Supongo que la fuerza de rozamiento del agua es constante) Pero cómo se consigue algo así? Repito que no me ha quedado muy clara la explicación de lobo de mar.
    La verdad es que siempre pensé que para navegar contra el viento había que hacer eses. De esta forma siempre se podría aprovechar una componente del viento…

  2. Veamos, Trano:

    Si el viento viene desde atrás, entonces el vector de esa fuerza apunta hacia el sentido de la navegación, por tanto la embarcación avanza; eso es fácil de entender. Pero, cuando la linea de crujía (la que va de popa a proa por el centro del barco) forma con la linea de la dirección del viento un ángulo inferior a determinado valor (por ejemplo 45º), entonces el velero va prácticamente hacia el viento, en contra de la fuerza de éste. En esta situación, sabiendo que la única fuerza que se dispone para avanzar es el propio viento, viniendo esa fuerza en contra resulta difícil comprender cómo puede avanzar la embarcación si el empuje lo recibe al revés, por la proa, no por la popa.

    Lógicamente, no se puede navegar 100% en contra del viento, es decir, con los dos vectores enfrentados, pues sus fuerzas se anularían. Por eso, como tu dices, hay que navegar haciendo eses; en realidad hay que hacerlo en zig-zag, de forma que el viento se reciba con el mínimo ángulo posible que permita avanzar hacia barlovento, primero con el viento por una banda y después cambiando la vela para recibir el viento por la otra banda. En mi artículo se me olvidó comentar un dato muy relevante: la curvatura de la vela. Es importante porque su forma curva es la que permite la mayor o menor aceleración de las moléculas de aire en la zona convexa de la vela.

    Lo que parece que no has entendido es el porqué se forma esa fuerza de avance.

    Voy a diseñar unos gráficos para que la explicación se entienda mejor, y los publico en el próximo comentario.

  3. Gracias por los gráficos! Realmente esto es más complicado de lo que me imaginaba :-o. Tendré que estudiármelo mirándomelo con calma, pero creo que poco a poco se me está aclarando el asunto :-p
    Un saludo;
    Trano!

  4. ME PARECE CORRECTA TU EXPLICACION FISICA PERO MATEMATICAMENTE COMO LO PODEMOS DEMOSTRAR PARA QUE TENGA MAYOR SUSTENTABILIDAD. QUE PROPONES?

  5. Yo opino que sería muy dificil cuantificar la fuerza del viento para poder expresarlo en números, ya que no es un valor constante ni mucho menos. Por el contrario físicamente podemos expresarlo vectorialmente teniendo una fuerza resultante que como bien y extensamente ha explicado Lobo de Mar nos empuja hacia adelante al contrario de lo que pudiera parecer.
    Esto es solo una humilde opinión.

  6. Hola, yo estoy haciendo una tesis doctoral sobre esto y no tengo claro porque el resultante de las fuerzas en un rumbo de 45 grados es más favorable al avance que al retroceso.

  7. Pau tene en cuenta el principio que cumple el ala de un avion. Asi lo comprendi yo que no soy un fisico pleno ni mucho menos pero he viajado internacionalmente en mi velero (sin trampa ose sin combustible).
    Voy a explicar sin terminos dificiles y campechanos para que por ahi sea un poco mas facil. La explicacion de lobo de mar es excelente ahora comprendo aun mas todo pero gracias a la practica de años es que comprendo esta teoria.
    1- imposible avanzar en contra del viento ( IMPOSIBLE)
    2-Una vez aclarado que no podemos avanzar en contra del viento. Les atribuyo otro factor o fuerza que es el rozamiento del agua no se como nominarlo o medirlo pero no es constante es variable. Ahora bien supongan esta situacion Rio Uruguay Argentina nos ponemos rumbo fijo hacia costa Uruguaya tenemos corriente en contra y como si esto fuera poco la correntada es poderosa y en contra tambien.
    Aqui la orza, quilla o quillote seran fundamentales y hasta por ahi suman una fuerza cosa que no se pero si se que sin esta estariamos a la deriba.

    3-Como hacer para avanzar ponemos nuestro foque o genoa (velas) a 45 Grados Lascar y Cazar seria como tenzar y aflojar de esta manera manejamos el angulo de la vela pondremos una curbatura profunda donde el viento se enfunde o sea haciendo panza. Imaginemos que la vela es una llanura o leve montaña donde el corazon de la montaña es la parte mas dura donde el viento debera hacer mayor presion y la cima de la montaña es la parte mas liviana para el viento.

    4-Ahora bien el viento ya formo la montaña o llanura en nuestra vela donde el corazon de la montaña es el Barlovento y la cima es el Sotavento. Imaginemos un filete de viento que se aproxima a nuestra vela al pegar en ella se divide en dos uno por dentro del corazon de la montaña con un gran recorrido y efectuando mayor presion que en otro. ahora por que el otro elque va por la cima no ejerce presion por que el recorrido es mayor y ambos filetes salen juntos de la vela o montaña volviendo a ser uno

    -5 Espero se haya entendido por que el corazon de la montaña o vela que apunta a la popa del velero recibe mayor presion y esta presion nos permite avanzar muy lentamente y en Zig Zag como bien lo dijo lobo de mar.

    6- Por que el zig zag . aqui otra fuerza la orza al estar a 45º como nuestra proa y todo el velero recibe una fuerza producida por la corriente encontra aun mayor que la cotideana del avanzar del velero esto produce que el velero por la fuerza de la orza quiera ponerse de frente por ello nuestro timon estara a la inversa para seguir este ZigZag algo parecido al fenomeno descripto en el viento ocurre en el agua, de esta manera como negandose a hacerlo el velero costea avanzando muy de apoco hacia un lado. Al llegar a la costa ( al lado del rio no a nuestro destino ) debemos ser muy agiles rapidos y experimentados para invertir la vela doblar timon y arientar la proa hacia la otra orrilla a 45º. De esto dependera seguri avanzando sin perder el avnaze logrado en nuestro Zig Zag.

    Espero poder ayudar con mi experiencia practica no tanto asi teorica pero seria bueno ustedes analizen el efecto del agua debajo del quillote y su opaso hacia el timon ya que este secreto me ha permitido ganar varias regatas y salir siempre a buen puerto.

    Gracias por los conocimiento tecnicos y saludos desde Argentina

  8. Rapsodia, muchas gracias por tus aportaciones. En este foro ya estábamos cansados de tanto gráfico y teoría, nos hacía mucha falta una persona con tu experiencia en la materia, que lo hubiese vivido. Estaríamos muy satisfechos si aportases tus experiencias aquí en forma de artículos, para deleite de quienes leemos y colaboramos en este espacio.
    Gracias de nuevo.

  9. lorimar rodriguez

    quiero aprender a manejar un velero, pero amo el mar con toda mi alma y su naturalez y atravez de la aventura de un velero es la forma mas cerca que tengo para tocarlo

  10. Muchissimas gracias por todo

  11. puede un velero avanzar sin el viento, necesito la respuesta ya por favor

  12. Sí, puede avanzar ayudado por las corrientes marinas (este efecto se llama “deriva”), pero las corrientes suelen ser ingobernables, pues no siempre coinciden con el mismo sentido que el rumbo. Un ejemplo parecido sería el dejarse llevar por el viento a bordo de un globo sin elementos de gobierno, no sabemos a dónde nos llevará.

    Saludos

  13. Hola, muchas gracias por todo otra vez, aciendo el trabajo se me ha planteado otro problema que me gustaria que me ayudarais a resolver. La pregunta es la siguiente.

    -Porque el aire en movimiento tiene menos presion que el aire que esta estàtico? Atómicamente ablando

    Muchas gracias de nuevo

    Pau

  14. Pau, el motivo de porqué el aire estático tiene más presión se fundamenta en la oposición que presenta la vela a su movimiento, haciendo de pantalla en una de sus caras (por donde entra el viento), mientras que por donde sale esa oposición apenas existe y por tanto el aire puede circular con más libertad, presentando en consecuencia una menor presión.

    He intentado buscar un ejemplo lo más ajustado posible para que lo entiendas, y mientras pensaba se me vino a la mente un anuncio de televisión que seguro conoces. Te acuerdas de la frase ¿Te gusta conducir? de una famosa marca de coches, en que sólo se veía la mano del conductor por la ventanilla sorteando el aire? Pues bien, esa imagen es muy significativa. Seguramente, tú mismo lo habrás hecho alguna vez: la sensación cuando sacas la palma de la mano cara al viento, es que ésta tiende a ir hacia atrás por el impuslo del aire que viene de frente (en realidad eres tú el que va hacia el viento, pero para el caso es lo mismo); si tú intentas vencer la fuerza que golpea la mano, notarás que esa resistencia se transforma en una presión del aire sobre ella, que intenta empujar la palma hacia atrás.

    Resulta pues fácil comprender, que las moléculas de aire que golpean la mano abierta tienen una alta presión, al ser paradas bruscamente por la palma, mientras que las moléculas que salen por detras de la palma, bordeándola, apenas tienen resistencia y circulan a mayor velocidad, y en consecuencia la presión es mucho menor. Si en ese momento vas moviendo la palma y colocándola de perfil al viento, observarás que éste va pasando cada vez con mayor facilidad, hasta llegar un momento en que apenas notarás presión (cuando tu palma esté totalmente de perfil al viento), pudiendo moverla con mayor libertad.

    Aplica ahora el ejemplo a la vela de la embarcación: la vela es la palma, y por una cara entra el aire y por la otra sale. Cuanto más plana esté la vela con respecto a la dirección del viento mayor presión se creará sobre ella; y conforme el velero vire y vaya presentando una superficie menor al viento, menor será también la presión ejercida.

    Espero que haya quedado más o menos claro.

    Suerte.

  15. Viejo Lobo de Mar, dicho esto sin conocimiento de fechas de nacimiento sino desde la experiencia que emana de tus comentarios.
    Quisiera aportar a modo de duda si no sería importante incorporar a los comentarios la importancia fundamental de la orza o quillote (según sea la embarcación) para el entendimiento del avance real de nuestra nave.
    Si estuvieramos en una palangana munidos de un mástil, una botavara y una vela y sometidos a la acción del viento, no nos serviría tener un timón ya que si bien actuarían todas las componentes dinámicas de la acción del viento con su empuje en la cara activa y su más que ponderable succión, estaríamos yendo a una ineludible deriva.
    Viene a cuento, siempre en tono de duda,señalar que si no tomaramos en cuenta la descomposición de fuerzas y su resultante consecuente, inútil sería la consecuencia de la acción del viento, si nuestro objetivo es un destino cierto y no el de estar librado a la imprevisible deriva.

  16. Roblar, tu observación es del todo acertada. Naturalmente que la orza es fundamental, por eso, en alguna parte del texto escribí:

    “..Hay que decir, que si el velero no está dotado de orza, la fuerza del abatimiento se impondrá impidiendo el avance…”

    Poco más puedo añadir a esto, pues sin orza una de las componentes llevará las de ganar, de forma que el valor del abatimiento con respecto a la fuerza del empuje en la dirección del rumbo, dará una resultante que poco tendrá que ver con la derrota marcada.

    Muchas gracias por tus comentarios; usuarios como tú, que lamentablemente son minoría, dignifican un poco este medio, que suele estar plagado de mediocres.

    Esperamos seguir contando con tu colaboración; aquí siempre habrá autores y artículos a los que sacarles punta.

    Un saludo muy cordial

  17. Lei con detencion todo esto porque tambien soy navegante. Las explicaciones de por que un velero navega son suficientemente claras, pero, recomendaria ademas leer el teorema de Vernoulli que da origen a todo este fenomeno fisico de diferencias de presion sobre un ala de avion o la vela de una embarcacion

  18. Pero hay barcos de otras épocas que no tenían orza. ¿Queréis decir que sin orza es imposible avanzar en zigzag, o que es más difícil?

  19. Sergio, naturalmente que, no sólo antiguamente, sino incluso en la actualidad, se construyen barcos sin orza. Pero hay que precisar, que cuando hablamos de “orza” también podemos referirnos a determinada forma del casco que haga funciones similares. Por ejemplo, muchos barcos son diseñados con una quilla muy larga, formando una profunda carena (en forma de V), de tal manera que esa obra viva presenta una fuerte resistencia lateral (igual que la orza de un velero).

    Sin embargo, en un velero de regatas, por ejemplo, el desplazamiento es un parámetro muy importante, por eso el casco suele tener una superficie más plana para facilitar que la embarcación pueda “planear” (ya se sabe que a menor rozamiento mayor velocidad), pero la pérdida de resistencia lateral de un casco plano se compensa instalando una orza muy larga y estrecha.
    Lógicamente, todo tiene sus ventajas e inconvenientes: por ejemplo, en un petrolero no tiene lógica alguna instalar una orza, por su gran desplazamiento y calado. Caso contrario es el de un velero, que suele tener un escaso desplazamiento, y por tanto ser más sensible al abatimiento.

    En definitiva, que cada cosa para lo que es, porque estoy seguro que no se te ocurriría comer un primer plato con tenedor de postre, ni tomarte la sopa con una cucharilla de café.

    Suerte.

  20. Muchísimas grácias Lobo de Mar

  21. Interesante conversa!!!

    alguien podria decir cuanta tripulacion requiere un velero oceanico?? me imaguino que deben existir algunos mas automatizados que otros… pueden indicar modelos porfavor???

    Saludos!!! =)

  22. Peter, la tripulación de un velero puede ser muy variable. Primero, hay que saber si es de regatas o de ocio, porque la diferencia de personal en ambos puede ser notable.
    En segundo lugar, la tecnología tiene mucho que ver en el número de tripulantes. Una tripulación de 10 ó 12 personas para un velero de 15 metros puede ser aceptable, pero también te digo que existen naves que pueden llegar a ser controladas por una sola persona, mediante servos y telesistemas que permiten gobernar diferentes elementos del aparejo, timón, etc. Precisamente, he leido hace poco algo que me parece ir al límite de la tecnología en la navegación marítima, y es un velero privado “El Halcón maltés” de 80 metros de eslora (hasta el momento el velero más grande del mundo), que gracias a sus sofisticados automastimos puede ser gobernado por una sola persona, ¡¡increible!!

  23. No me dicen por que tiene esa forma la vela?

  24. Matii, la forma de la vela es para obtener la diferencia de presión. El efecto de la diferencia de presión es una fuerza resultante perpendicular a la vela.

  25. hay hay lobo de mar lobo de mar mar… pongance en cuatro las weonas

  26. ALA VERCH NO LES ENTIENDO NI MAS…..

  27. Ojo con las moléculas de aire, que eso no existe.

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