ヨットが向かい風を受けているとき。

質問

ほんの少し前に質問したばかりなのにまた質問すいません。質問は力学分野に関することで私は1回生の者です。
さっそくですが、質問に入ります。
ヨットは帆に風を受けて帆走する。ヨットが進もうとする目的地の方角から向かい風が吹いてくるときは、どのように帆を張って、どのように進めば目的地にたどり着けるだろうか？
という問題に対し、答えが
目的地に向かって、ジグザグに斜め前方に進む。帆の面は向かい風とヨットの進む方向との中間に張る。

となってるんですが、全く意味がわかりません。なぜそれで進むんでしょうか？
あと、帆の面を向かい風と進む方向に、という「進む方向」というのはジグザグに進んでる前方に進んでいる方向のことなんでしょうか？

回答No.4

chirubou · ベストアンサー

帆に関しては No.1 さんの参考URLの通りですので、力学的に。

ここでは図が書けないので、北から風が吹いていて、北が目的地だとします。この時ヨットはだいたい北東（あるいは北西）に向かって進みます。以下の説明で方角については簡単のためかなり大雑把です。

この時、帆は南の方向に張り出しているとします。すると揚力は帆の直角、東方向に発生します。東方向の力ベクトルは、北東方向と南東方向のベクトルに分解できますよね？ヨットは北東に進もうとしているのですから、この時の北東の力ベクトルをヨットを進ませる力に使います。もうひとつの南東方向の力ベクトルは、ヨットの海中にあるキール、水中の翼、がヨットが進むことで発生する海流で揚力（あるいは抵抗）を発生させ、このヨットに対して真横に働く力を相殺します。ですから、ヨットは風上に進める訳です。で、目的地は北なので、適当なタイミングで、北西に進路を変えれば良いことになります。

もしキールがないとすると、ヨットは横向きの力を相殺する手段が無くなりますので、横向き（風下）に流されてしまい、上の例だと東方向に進み、風上には進めません。またヨットは（特に風上に向かう時には）傾いて進みますが、これは海上にある帆と海中のキールの力の向きが反対向きなので、全体としてヨットを傾けるよう作用しているからです（ヨットを真正面から見た図を考えましょう）。

実際の帆の向きは、ヨットが進む事で生じる進行方向からの向かい風と、実際の風をベクトル合成した向きから吹いてきますので（これを見掛けの風、と呼びます。見掛けの風は常に真の風よりもヨットの進行方向寄りになる）、帆の向きもそれに併せて、上の記述とは少し違った角度になります。

なんとなく風上に進めるというと矛盾しているように思われますが、これは海面との境界上だから進めるのです。同じ原理で、陸を走るランドヨットとか氷の上を走るアイスヨットなんてのもあります。これらは水の抵抗がないので、水上のヨットよりはるかに速く進めます。この結果、見掛けの風はいつも前方から吹いているような感じになります。

最近の高性能なヨットは風に対し40度近くまで風上に「上る」ことができます。実際にはこれよりも風上に向かって進むことは可能ですが、こうすると速度が極端に落ちてしまいかえって遅くなってしまいます。ということで風に対して45度前後が一番早く風上に進める角度になっています。

お礼

お礼をこのようにまとめて申し訳ないですが、
皆さん、分かりやすい回答ありがとうございました。無事理解できました。

回答No.3

neKo_deux

感覚的には、強風の時に傘をさしてると、抵抗の大きい角度、抵抗の少ない角度があって、どっち向きに力を入れればいいのか分からないような状態があるかと思いますが、ああいう感じで風を斜めに流して…ってイメージ？

回答No.2

BLUEPIXY

確か、月刊マガジン(講談社)連載中の「海皇紀」で帆船が向かい風の時にどうやって進むかがわかりやすく描いてあったような気がします。

回答No.1

okg00

http://www.bgf.or.jp/lesson/yacht/060518y_05.html

いくらなんでも風上にまっすぐは切り上がることはできません。
どちらかというと横向きに近いイメージです。