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風上に向かう帆船・ヨットの原理

風を受けて海原を航行する 帆船 やヨットが風下に航行するのは当たり前なのですが、風上に航行することも出来ます。 と言っても、風に向かって航行するのではなく、ジグザグ航行なのですが。
曲がりなりにも船が風上に向かえる原理は簡単です。
下図を見てください
帆船が風上に航行できる仕組みの説明図
ヨットなどの帆船の帆の面は、風の向きと、船の進行方向がつくる角の二等分線上に向けます。要するに、帆の面の角度は、風の向きと、船を進めたい方向の真ん中です。
このとき、帆が受ける風の力は、帆の面に直角になりますが、この力は船を進める方向と、船を真横に押す力で受け止めます。
無理やりに力を分解しているように思えるかも知れませんが、自然界では、力は何処かでつり合わせなければならないのが決まりなのです。
船を真横に押す力は、船が横方向には水の大きな抵抗があるので押さえられますが、船は進行方向には水の抵抗が小さくなるように作られているので、船は進行方向に進みます。

ヨットのような小型帆船は帆で受けた力の横方向の力を船体だけの抵抗では受け止められないので、船底に センターボードと呼ばれるものをつけて、 舟の横方向への水の抵抗を大きくしています。
ヨットに付けられるセンターボードの説明図
センターボードは船が横方向に流れるのを押さえて、船を前に進める役割を持っています。

実際に水に浮かべる帆船やヨットの模型を作るときは、船が横方向に流れるのを防ぐ工夫をしてください。





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