Вітер характеризується двома основними елементами: напрямком, в якому переміщається повітря, і швидкістю, з якою відбувається це переміщення. Напрямок вітру в морській практиці прийнято означати тією частиною горизонту, звідки він дме. Таким чином, вітер, при якому повітря переміщається з півдня на північ, буде південним. Швидкість його зазвичай визначають в метрах в секунду або в вузлах.
Практично для визначення швидкості вітру враховують вироблене їм дію, вимірюючи таким чином його силу, і вже по ній судять про швидкість. Так, в шкалі Бофорта (див. Додаток 3) наводиться таблиця, де сила вітру визначається в балах, і дається відповідна їй швидкість в м / сек, а також зовнішні ознаки дії вітру.
Таким чином, можна говорити про силу вітру в стільки-то балів, але не можна сказати, що сила вітру 5 м / сек, або 10 вузлів.
На яхті швидкість вітру вимірюють за допомогою анемометра. Ручний анемометр (найбільш поширеного типу) складається з вертушки і системи зубчастих коліс, пов'язаних зі стрілками. Для визначення швидкості вітру його зміцнюють на торці двох-триметрового жердини, записують відлік стрілок і, встановивши на відкритому місці, включають за допомогою тонкого шнурка. Одночасно пускають секундомір. Через 100 сек., Також за допомогою шнурка, анемометр зупиняють і записують відлік. Різниця відліків, поділена на 100, дасть швидкість вітру в м / сек. Для більш точного вимірювання отриману швидкість вітру потрібно помножити на поправочний коефіцієнт зі спеціальної таблиці, яка додається до атестата анемометра.
На яхтах часто використовують анемометри типу АРІ-49, які відразу показують швидкість вітру в м / сек.
Вітер тільки при невеликих швидкостях (до 4 м / сек) спокійний - частинки повітря переміщаються по паралельних траєкторіями. При швидкості понад 4 м / сек повітряний потік набуває завихрення (турбулентний) характер, при якому шляху окремих струменів повітря перетинаються і стають досить складними.
В силу вихрового будови напрямок і швидкість повітряних струменів в кожній точці повітряного потоку безперервно змінюються. Різкі зміни швидкості вітру називаються поривами. Сильний вітер більш поривчастий, ніж слабкий.
Вітер з різкими, значними за силою поривами, триваючими кілька хвилин поспіль, називається шквалистим, а різке збільшення швидкості і напрямку вітру протягом невеликого проміжку часу на тлі слабшого вітру, а іноді і штилю, називається шквалом.
Вітер, напрямок якого часто змінюється, називається нестійким. Найбільш нестійкі слабкі вітри. Хоча нестійкість вітру і зростає зі збільшенням середньої швидкості, але при сильному вітрі вона не так помітна і менше позначається на роботі вітрил, ніж при слабкому.
Освіта вітру обумовлюється переміщенням повітряних мас з областей з високим атмосферним тиском в область низького з відхиленням до 60 ° в північній півкулі вправо, а в південному - вліво. Відхилення переміщаються мас повітря викликається обертанням Землі. Оскільки у екватора завжди існує більш низький атмосферний тиск, над океанами дмуть постійні вітри: північно-східні пасати - в північній півкулі і південно-східні - в південному, що поширюються до 26-35-ї паралелі.
Періодичне (річне) зміна атмосферного тиску в різних областях земної кулі викликає сезонні вітри - мусони. Взимку атмосферний тиск вище над материками, влітку - над океанами; тому взимку вітри дмуть з материків на океани, а влітку - з океанів на материки, також відхиляючись вправо в північній півкулі і вліво в південному. На території Радянського Союзу мусони дмуть на Далекому Сході.
Вітри, що викликаються неоднаковим атмосферним тиском в суміжних областях земної та водної поверхні, називають баричними; вітри, що виникають по місцевих причин і захоплюючі обмежені райони, називаються місцевими. До таких вітрам відносяться в першу чергу бризи, практично найбільш важливі для парусного спорту.
Брізи -ветри, що дмуть на морських (озерних) узбережжях. Вони змінюють напрямок два рази на добу: вдень з 9 10 годині ранку за місцевим часом бриз дме з води на сушу; після заходу сонця починається нічний бриз-з суші на воду (рис. 88). Брізи в помірних широтах спостерігаються більше в першій половині літа.
Мал. 88. Схема денного а нічного бризів
Зона дії бризу в море і на суші не перевищує 30-40 км. Бриз дме і на суші, наприклад на кордоні полів і ліси, де більш вологий, повільно прогрівається і повільніше остигає ліс відіграє роль «води», а поля - «суші». Легко зрозуміти, що у скелястих, піщаних, безлісих берегів бриз сильніше, ніж у болотистих і лісистих; це нерідко доводиться брати до уваги.
Повітряний потік, стикаючись з поверхнею землі або води, трохи затримується, тому з висотою швидкість вітру збільшується.
Мал. 89. Зміна швидкості вітру з висотою
На рис. 89 показаний приблизний графік зміни швидкості вітру в залежності від висоти над рівнем моря.
Сила і напрям вітру протягом дня змінюються: зазвичай при гарній усталеною погоді до 14-15 год. вітер посилюється, а потім починає слабшати. Посилюючись, вітер зазвичай змінює напрямок вправо, а слабшаючи, - вліво.
Берегова риса з перешкодами (високий стрімкий берег, ліс, близько розташовані до води будівлі і т. П.) Обурює потік вітру, змінює його напрямок і швидкість, а також робить більш завихрення. При вітрі з берега високі перешкоди створюють з підвітряного боку вітрову тінь, і в прикордонній зоні цієї тіні змінюються напрямки і швидкість повітряного струменя.
Високі лісисті береги значно послаблюють вітер. Дія лісу (при вітрі з берега) позначається на відстані 150-200 м. У дуже високих, стрімких берегів при вітрі, що дме перпендикулярно до берега, затишшя (мертва зона) може поширюватися на кілька сот метрів.
У море вдалині від берега вітер більш постійний, ніж в прибережній смузі, протоках, річках.
Відзначимо основні особливості вітрового потоку, з якими найчастіше доводиться стикатися на практиці.
1. Коли вітер дме з боку води і перпендикулярно до берега, під високим берегом або стінкою біля самої води утворюється зворотний вітер, який діє на відстані, приблизно рівному висоті перешкоди. Це добре видно взимку, коли біля підніжжя перешкоди з навітряного сторони не навертає снігу.
2. Вітер, що перетинає навскіс долину річки (протоки), відхиляється в середині долини по її напрямку.
3. При вітрі з боку високого берега, проти глибоких ярів повітряний потік значно збільшує швидкість і розходиться віялом. Особливо помітно це явище при нічному бриз.
4. Дуже слабкий вітер нестійкий. При затихає вітрі окремі пориви і смуги вітру вказують напрямок нового вітру, який незабаром задме.
5. Сильний вітер, як правило, поривчастий.
6. Купчасті хмари супроводжуються місцевим посиленням слабкий вітер (в межах тіні хмари з навітряного боку), потужні купчасті і грозовие- шквалом.
7. З висотою швидкість вітру збільшується. Це особливо помітно на озерах і річках з високими, лісистими берегами, коли при слабких вітрах яхти з більш високим озброєнням мають під берегом помітну перевагу в швидкості в порівнянні з яхтами з низькою парусністю. Таке явище спостерігається і в море, але в меншому ступені.
8. На озерах і великих річках в спекотні, безвітряну дні ближче до полудня вітер можна знайти, йдучи ближче до берега. Увечері, після заходу сонця, треба триматися ближче до безлесному, сухому березі.
9. Вітер, посилюючись, як правило, повертає направо, а слабшаючи - наліво.
Швидкість і напрямок повітряного потоку, встречаемого рухається яхтою, залежать не тільки від істинного вітру, але і від швидкості яхти.
Напрямок вітру по-різному сприймається людьми, що знаходяться на рухомій яхті і на березі.
При незмінному напрямку вітру щодо водної поверхні напрямок флюгарки (вимпела) яхти буде змінюватися в залежності від швидкості і курсу судна. Чим швидше йде яхта, тим більше вимпел відхиляється до корми.
Напрямок чинного на рухому яхту і її вітрила вітру не збігається з напрямком істинного вітру, яке ми спостерігаємо, наприклад, по диму заводських труб, прапорам на березі і т. П. Причина цього явища - вплив руху самої яхти на напрямок повітряного потоку, сприйманого судном і його вітрилами.
Якщо в повний штиль почати буксирувати яхту за катером, то вітрила її заполощут, а вимпел розтягнеться.
В цьому випадку вимпел покаже так званий курсової вітер, рівний швидкості яхти і спрямований в бік, зворотний її курсу. При наявності дійсного вітру вимпел розташується у напрямку рівнодіючої швидкостей істинного і курсового вітрів, показуючи так званий вимпельний вітер.
Звернемося до рис. 90. У положенні а яхта йде з кутом істинного вітру (УВ) 45 ° зі швидкістю близько 3 м / сек при вітрі 8 м / сек. Швидкість вітру вимпела є геометрична сума швидкостей істинного і курсового вітрів і в цьому випадку дорівнює приблизно 10 м / сек, а кут вітру вимпела (УВВ) становить близько 32 °. Швидкості і кути вітру вимпела для кутів істинного вітру 90, 135 і 180 ° показані на положеннях б, в, г.
На гострих курсах дію на яхту істинного і курсового вітрів складається, тому вимпельний вітер помітно відчувається навіть при тихій погоді. Навпаки, на курсі фордевінд істинний вітер (спрямований з корми) і курсової вітер (спрямований з носа) взаємно протилежні, і в цьому випадку вимпельний вітер відчувається дуже слабо. Вітрила завжди ставляться в залежності від вітру вимпела, так як саме його швидкістю і напрямком визначається тиск на вітрила.
Відомо, що швидкість яхти зростає повільніше, ніж швидкість істинного вітру. Отже, різниця між кутами вітру істинного і вимпела зменшується зі збільшенням швидкості вітру. У цьому легко переконатися. Розглянувши рис. 90 і 91, ми можемо зробити наступні висновки:
- робота вітрил яхти визначається не дійсним, а вітру вимпела;
- вимпельний вітер на всіх курсах, крім курсу фордевінд, завжди гостріше, ніж істинний;
- швидкість вітру вимпела на гострих курсах завжди більше, а на повних менше швидкості істинного,
- при сильних вітрах відношення швидкості судна до швидкості вітру менше, ніж при слабких. Тому швидкість вітру вимпела при слабких вітрах набагато більше відрізняється від швидкості істинного вітру. Це практично використовують при так званій лавіруванні на фордевінд, коли вигідніше йти по ламаній лінії і гаслами в бакштаг, ніж по прямій курсом фордевінд. На буєрах, катамаранах і глиссирующих судах, швидкість яких збільшується майже пропорційно швидкості вітру (в певних межах), лавірують на фордевінд і при середніх вітрах.
Мал. 91. При слабкому вітрі вимпел відхиляється більше, ніж при сильному
Мал. 92. У смузі сильного вітру можна йти крутіше
Зміна швидкості істинного вітру при лавіруванні змушує змінювати курс для збереження оптимального кута вітру вимпела. Кожному яхтсмену відомо, що при поривах вітру можна йти крутіше до істинного вітрі, а при ослабленні його доводиться звалюють. Звернемося до рис. 92, на якому U- вектор істинного вітру, V - вектор курсового вітру (швидкість яхти), W вектор вітру вимпела, і ab - оптимальний кут вітру вимпела, що забезпечує найвигіднішу швидкість лавировки.
Припустимо, яхта потрапила в смугу більш сильного вітру того ж напрямку, вектор якого на малюнку позначений U1. Вона спочатку по інерції буде йти з колишньою швидкістю V, а вектор вітру вимпела виявиться рівним W1, і напрямок його відійде від курсу яхти ще на кут Так. Таким чином, зберігаючи оптимальний кут вітру вимпела аь, можна навести на величину кута Так. Збільшення швидкості вітру, в свою чергу, кілька збільшить швидкість яхти, і доведеться трохи звалитися, і все ж курс буде крутіше початкового. При ослабленні вітру - протилежна картина: треба звалюють.
Тепер уявімо собі, що в повний штиль яхту (без вітрил) несе швидка течія. Очевидно, як і при буксируванні, судно зустріне потік повітря, швидкість якого дорівнює швидкості течії води, але спрямованої в протилежну сторону. Таким чином, протягом води, повідомляючи яхті рух щодо повітря, також впливає на вимпельний вітер, а отже, і на крутизну лавировки наступним чином:
- при лавіруванні за течією вимпельний вітер посилиться і кут його буде більше, ніж при відсутності течії;
значить, яхта може йти крутіше, а знесення течією збільшить її швидкість відносно берега:
- при лавіруванні проти течії вимпельний вітер зменшиться і кут його буде менше. Яхті доведеться йти повніше (щодо істинного вітру), а протягом зменшуватиме її швидкість відносно берегів.
Мал. 93. Зміна вітру вимпела з висотою
На закінчення зупинимося на одному дуже важливому з точки зору роботи вітрила моменті. Нагадаємо, що з висотою швидкість вітру зростає. Якщо побудувати паралелограми швидкостей вітру на різних висотах вітрила (рис. 93), можна бачити, що при швидкості яхти 3,5 м / сек і вугіллі істинного вітру 45 ° швидкість вітру вимпела зі збільшенням висоти від 2 до 12 м зростає з 7.8 до 10 м / сек. При цьому кут вітру вимпела (УВВ) збільшується від 25 до 30 °.
Ось чому парус необхідно кроїти так, щоб для збереження оптимального кута атаки він кілька закручується знизу вгору, з «відвалом» задньої шкаторини під вітер. Треба сказати, що ця закрутка, природно, може бути більше при слабких вітрах, ніж при сильних.