Tại sao thuyền buồm có thể chạy ngược gió?

Thật khó hình dung, làm thế nào mà thuyền buồm lại có thể đi «ngược gió» — hay theo cách nói của các thủy thủ đi «vào hướng gió ngược chếch mạn». Thật thế, thủy thủ bảo rằng không thể chạy buồm ngược gió mà chỉ có thể di động theo một góc nhọn đối với chiều gió. Nhưng góc đó rất nhỏ—gần bằng một phần tư của góc vuông,—và cửứ tưởng tượng thì đều khó hiểu như nhau: chạy buồm ngược gió hoặc theo một góc 22° đối với chiều gió — cũng vậy thôi.

Bao giờ gió cũng đẩy buồm dưới một góc vuông với mặt phẳng của nó.

Làm thế nào có thể chạy buồm ngược chiều gió.

Thế nhưng trên thực tếkhông phải là không có sự khác nhau, và bây giờ chúng ta sẽ giải thích xem, bằng cách nào lại có thể chạy buồm bằng sức gió, ngược chiều, dưới một góc nhỏ. Trước hết chúng ta xét xem, nói chung gió tác động lên buồm như thếnào, nghĩa là khi thổi vào buồm, gió đẩy buồm về đâu? Chắc bạn đọc nghĩ rằng gió thổi về hướng nào sẽ đẩy buồm về hướng ấy. Nhưng không phải như vậy: dù thổi về hướng nào đi nữa, gió vẫn đẩy vuông góc với mặt phẳng của buồm.

Quả như vậy. Giá sử gió thổi theo chiều được chỉ bằng các mũi tên trên hình, đường AB biểu thị cánh buồm. Vì sức gió phân bổ đều trên khắp bề mặt của cánh buồm nên chúng ta có thểthay lực của áp suất gió bằng lực R đặt ở chính giữa buồm. Lực này phân thành hai lực: lực Q vuông góc với cánh buồm, và lực p song song theo chiều dọc về phía trước. Lực p không đáy được buồm đi đâu cả, vì sức cản của gió ở đằng đuôi không đáng kể. Chí còn lại lực Q đẩy buồm dưới một góc vuông với nó mà thôi.

Khi biết dược điều đó, chúng ta dễ dàng hiểu được thuyền buồm có thể chạy theo góc nhọn ngược chiều gió như thế nào. Giả sử đường KK biểu diễn đường sống thuyền. Gió thổi dưới một góc nhọn đến đường này theo hướng chỉ bằng các mũi tên. Đường AB biểu diễn cánh buồm, người ta bố trí sao cho mặt phẳng của nó chia góc tạo nên giữa hướng gió và hướng của sống thuyền thành hai phần bằng nhau. Các bạn hãy theo dõi sự phân chia các lực & trên hình. Sức gió đẩy vào buồm biểu thị bằng lực Q, mà như chúng ta đã biết, nó phải vuông góc với buồm. Lực này được phân thành hai lực: lực R vuông góc với sống thuyền, và lực s hướng về phía trước dọc theo đường sống thuyền. Bởi vì chuyển động của thuyền về phía R gặp phải sức cản rất lớn của nước (thuyền buồm có sống thuyền rất sâu), nên lực R hầu như cân bằng với lực cán của nước. Chỉ còn lại lực s, như các bạn thấy đấy, lực này hướng về phía trước, và do đó, đẩy thuyền đi dưới một góc nhọn ngược với chiều gió[1].Chuyển động này thường đi theo đường dích dắc như được trình bày ở hình dưới. Theo cách nói của các thủy thủ thì chuyển động như thế gọi là chuyển động «ngoắt ngoéo» trong ý nghĩa đẩy đủ nhất của từ này.

Đường đi dích dắc của thuyền buồm.