Velocità di scafo e rapporto velocità-lunghezza
La velocità di scafo non è propriamente un rapporto. È una velocità, calcolata a partire da un'unica misura: la lunghezza al galleggiamento. Tuttavia, è uno dei valori più utili da comprendere perché stabilisce il limite pratico per la normale navigazione dislocante.
La troverete nei depliant dei broker indicata come la "velocità massima teorica" della barca, e la sentirete nominare ogni volta che i velisti discutono delle velocità di trasferimento. In estrema sintesi: man mano che uno scafo dislocante accelera, le sue onde di prua e di poppa diventano più lunghe. Quando la lunghezza d'onda coincide con la lunghezza al galleggiamento della barca, quest'ultima si trova intrappolata nel proprio cavo d'onda. Per andare più veloci occorre una potenza nettamente superiore o una diversa modalità di navigazione: la planata, il surf o una forma dello scafo molto lunga e stretta tipica dei multiscafi.
Formula
- LWL — Lunghezza al galleggiamento in piedi
- 1,34 — Una costante derivata dalla fisica delle onde di gravità e dalle conversioni di unità di misura, non da un adattamento empirico
Riformulato come rapporto:
Quando SLR = 1.34, la barca ha raggiunto la velocità di scafo. SLR > 1.34 significa che la barca è in modalità semidislocante o planante (o sta comunque superando la fisica del regime dislocante).
Da dove deriva il valore 1,34
La costante 1,34 deriva dalla fisica delle onde, non da una regola empirica. La lunghezza di un'onda oceanica libera è governata dalla gravità:
dove V è la velocità dell'onda (in ft/s) e g è l'accelerazione di gravità (32.174 ft/s2). Queste vengono chiamate onde di gravità perché la gravità ne stabilisce la lunghezza d'onda.
Riordinando:
Quella quantità, V / √gL, è il numero di Froude — un rapporto adimensionale inventato dall'architetto navale britannico William Froude negli anni '70 dell'Ottocento. Froude scoprì che la resistenza di una nave, se opportunamente scalata, dipende da questo numero — ed è per questo che i test sui modelli nelle vasche navali funzionano.
Attraverso i test in vasca, Froude dimostrò che la resistenza aumenta bruscamente quando la lunghezza al galleggiamento di una barca corrisponde alla lunghezza della sua stessa onda di prua. A quel punto, la barca sta cercando di scavalcare un'onda lunga quanto lo scafo stesso. Questa è la velocità di scafo.
Per convertire il numero di Froude nella forma più pratica "nodi e piedi", si moltiplica per la conversione dell'unità di velocità (6076 piedi per miglio nautico, 3600 secondi all'ora):
La costante 1,34 non è tarata su una barca in particolare. Deriva dalla fisica e dalla conversione delle unità di misura, motivo per cui è rimasta utile nel corso dei decenni — a patto di ricordare a quale tipo di scafo si applica.
Cosa significa fisicamente la velocità di scafo
Alla velocità di scafo, la barca è intrappolata nel cavo tra la propria onda di prua e quella di poppa, distanti esattamente una lunghezza d'onda. Per andare più veloce, la barca deve:
- Generare un'onda più lunga — il che richiede una potenza aggiuntiva enorme. Aggiungere qualche cavallo a una barca da crociera di 30 piedi già vicina alla velocità di scafo garantisce pochissima velocità in più.
- Salire sulla propria onda di prua — ovvero, planare. Questo richiede uno scafo piatto e leggero (in genere con D/L < 100) e la spinta dinamica data dalla forma dello scafo. La maggior parte delle barche da crociera non è in grado di farlo.
- Essere abbastanza lunga e stretta da non generare quasi onde — come i multiscafi e i monoscafi ultraleggeri con un elevato rapporto L/B. Queste imbarcazioni non hanno una vera e propria barriera di "velocità di scafo" perché la loro resistenza d'onda non aumenta mai in modo brusco.
Oltre la velocità di scafo: i tre regimi
Il rapporto velocità-lunghezza definisce tre modalità di funzionamento per qualsiasi barca:
| SLR | Modalità | Cosa succede |
|---|---|---|
| < 1,34 | Dislocante | La barca sposta l'acqua mentre avanza. La resistenza segue le ben note relazioni di Froude. |
| 1,34 – 2,5 | Semidislocante / semiplanante | La barca cerca di sollevarsi oltre l'onda di prua. La richiesta di potenza aumenta bruscamente. Molti cabinati veloci e motorsailer navigano in questo regime. |
| > 2,0 – 2,5 | Planante | La spinta dinamica solleva lo scafo sulla superficie dell'acqua. La resistenza diminuisce drasticamente, ma solo se lo scafo ha una forma adatta. |
La velocità di scafo non è un muro insormontabile. Rappresenta un'impennata nella curva di resistenza. Con una potenza sufficiente, quasi tutte le barche dislocanti possono essere spinte oltre questo limite, ma l'efficienza crolla. Intorno a questa barriera, passare da 6 a 7 nodi può richiedere una spinta nettamente superiore.
Avvertenze ed eccezioni
Gli slanci pronunciati ingannano la velocità di scafo. I progetti più datati, con ampi slanci di prua e di poppa, immergono queste parti quando sbandano sotto vela, allungando la loro lunghezza al galleggiamento dinamica. Una barca da crociera dell'era CCA con una LWL statica di 28 piedi potrebbe navigare con una LWL dinamica di 31 piedi, aumentando la sua velocità di scafo effettiva da 7,1 a 7,5 nodi. Le barche moderne con dritto di prua verticale non possono sfruttare questo trucco.
I multiscafi non vi obbediscono allo stesso modo. Scafi singoli lunghi e stretti generano onde molto più piccole. Un trimarano da regata con un rapporto L/B di 16:1 non incontra la stessa barriera di generazione ondosa di un monoscafo largo. I catamarani e i trimarani prestazionali navigano abitualmente a SLR (rapporto velocità/lunghezza) compresi tra 2 e 4.
La planata sull'onda (surf) la supera. Una barca può superare temporaneamente la velocità di scafo venendo spinta in avanti da un'onda di passaggio. Velocità in surf di 10–14 nodi sono comuni su barche di 40 piedi durante lunghe traversate alle andature portanti — ma la media dell'intera navigazione è comunque determinata dalla velocità di scafo.
La velocità di scafo non è la velocità media. Non aspettarti che una barca navighi in crociera alla velocità di scafo — quello è il massimo teorico in regime dislocante, non la media reale di una traversata. Una tipica traversata su una barca a vela si attesta in media sul 60–75% della velocità di scafo, quando le condizioni sono favorevoli.
Leggere il dato come acquirente
Non è necessario assimilare i numeri di Froude per utilizzare la velocità di scafo. Se un annuncio riporta la velocità di scafo — o se la calcoli a partire dalla LWL come indicato sotto — considerala come un limite massimo per la normale navigazione in regime dislocante, e pianifica le tue traversate al di sotto di quel valore.
Cosa predice la velocità di scafo (e cosa no):
- È un limite massimo, non una media. Una barca con una velocità di scafo di 7,5 nodi può toccare i 7,5 nodi in buone condizioni, ma potrebbe avere una media di 4,5–5,5 nodi su una traversata di più giorni. Una stima realistica per la crociera è spesso pari al 60–75% della velocità di scafo, e ancora meno nelle giornate di vento debole o con equipaggio ridotto.
- Si applica solo in regime dislocante. Una barca planante (con D/L ben inferiore a 100) può superare completamente la velocità di scafo. Una barca in surf può toccare brevemente il doppio della velocità di scafo scendendo dalla cresta di un'onda. Un multiscafo con un rapporto L/B molto elevato semplicemente non avverte questa barriera in modo significativo nell'uso pratico.
- Cresce in proporzione alla radice quadrata della LWL. Ecco perché una barca con LWL di 40 piedi (velocità di scafo di 8,5 nodi) è solo del ~25% più veloce di una con LWL di 25 piedi (velocità di scafo di 6,7 nodi), pur essendo più lunga del 60%.
Come usarla per valutare l'acquisto:
- Pianifica le traversate sulla media, non sul limite massimo. Una barca con LWL di 35 piedi (velocità di scafo di 7,9 nodi) con una media del 70% = 5,5 nodi × 24 ore = ~130 miglia nautiche al giorno. Scegli le tue rotte di conseguenza.
- Fai il confronto sulla LWL, non sulla LOA. Due barche di 38 piedi possono avere LWL molto diverse (una con slanci tradizionali a 28 piedi, l'altra con prua verticale a 36 piedi). La barca con dritto di prua verticale ha un limite massimo significativamente più alto.
- Individua le affermazioni esagerate. Qualsiasi monoscafo da crociera che dichiari di "navigare regolarmente a 9 nodi" con una LWL di 25 piedi sta esagerando, sta planando o sta surfando brevemente. La velocità di scafo a 25 piedi di LWL è di 6,7 nodi.
- Per i progetti più datati, tieni conto della LWL dinamica. Una barca da crociera dell'era CCA con una LWL statica di 28 piedi potrebbe navigare con 31 piedi di galleggiamento quando è sbandata — il che si traduce in una velocità di scafo effettiva che passa da 7,1 a 7,5 nodi.
Un rapido esempio. Un Catalina 22 (LWL 19,3 piedi) e un Beneteau Oceanis 46.1 (LWL 43,4 piedi) appartengono a mondi di velocità diversi solo per via della lunghezza al galleggiamento: 5,9 nodi contro 8,8 nodi di velocità di scafo teorica. Su una traversata di 24 ore al 65% della velocità di scafo, il Catalina copre circa 90 miglia nautiche; il Beneteau Oceanis ne copre circa 138.