Purje voi toimia kuin siipi tai kuin laskuvarjo. Siipi antaa kovemman vauhdin.

Maakrapu on hämmästynyt, kun katsoo peräjälkeen sataman tuulimittaria ja väylällä viilettäviä purjealuksia. Urheilullisimmat purjeveneet ja purjelaudat näyttävät kulkevan tuulta nopeammin! Miten se on mahdollista?

Mieleen tulee fysiikan lakeja ja rajoituksia: valon nopeuden ylittämättömyys, energian häviämättömyys, voima ja vastavoima... Tuulta nopeammin kulkeva purjealus voi kuulostaa ikiliikkujalta. Jotain fysiikan lakia se varmaan rikkoo.

Maakrapu ajattelee, ettei purjehtiminen voi kauheasti poiketa vaikka pyöräilystä. Mitä suoremmin myötätuuleen nenä näyttää, sitä kovempaa pääsee. Pyörällä pääsee tuulta kovempaa, jos polkee tai rullaa alamäkeen. Olisiko myötäaallokko eräänlainen veneilijän alamäki ja selittäisi purjehtijan vauhdin?

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Intuitio on kuitenkin oikeassa. Myötäisessä purjevene tai purjelautailija ei voi kulkea tuulta nopeammin.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Myötätuuleen kuin laskuvarjolla

Suorassa myötätuulessa purje on kuin laskuvarjo. Jos tuulta on vaikkapa 10 metriä sekunnissa ja alus kulkee 6 metriä sekunnissa, purje pullistuu yhtä suurella voimalla kuin jos vene olisi ankkurissa ja tuulta olisi 4 metriä sekunnissa. Sillä voimalla on voitettava veden vastus.

Mitä pienempää aaltoa vene aiheuttaa, sitä vähemmän vesi vastustaa aluksen kulkua. Kilpaveneen vastus voi olla pieni, ja silloin vene tietysti kiihtyy, kunnes tuulen voima ja veden aiheuttama vastavoima ovat yhtä suuret.

Tasapaino saavutetaan kuitenkin ennen tuulen nopeutta. Jos vene kulkisi tuulen nopeudella, purjeet lerpahtaisivat. Silloin näennäinen tuuli olisi nolla metriä sekunnissa, ilmanpaine purjeen molemmilla puolilla sama ja venettä eteenpäin kuljettava voima nolla.

Tällaista tilannetta merellä ei tietenkään koskaan näe — ellei sitten maakrapu ole päässyt perämieheksi. Hänhän voisi ajatella, että jos pikkaisen auttaa moottorilla, vene kulkee vielä kovempaa. Tuulen nopeudella purjeet olisivat kuitenkin aivan turhia. Yhtä hyvin voisi kulkea pelkästään moottorilla kuin "auttaa" sillä.järkevä keino kulkea myötätuulessa hieman kovempaa on nostaa spinnu eli myötätuuleen tarkoitettu keulapurje. Se lisää purjeiden kokonaispinta-alaa ja kiihdyttää venettä lähemmäs tuulen nopeutta. Fysiikan lakeja sekin noudattaa, eikä tuulen nopeutta saavuteta, saati ylitetä.

Spinnu muistuttaa erityisen paljon laskuvarjoa, ja maakravun mielestä myötätuuleen purjeet pullollaan etenevät veneet ovatkin eri hienon näköisiä. Mutta jos vauhtia arvostaa, kannattaa tarkkailla risteävää väylää. Siellä, sivutuulessa, mennään parhailla veneillä ja purjelaudoilla tuultakin nopeammin.

Sivutuulessa purje on kuin siipi

Sivutuulessa purje muistuttaa ulkoisestikin enemmän lentokoneen siipeä kuin laskuvarjoa, ja aerodynamiikan kannalta purje on aivan kuin siipi. Ilmavirta kulkee purjeen molemmin puolin niin, että syntyy alipaine ja nostovoima siiven pullealle, tuulen alla olevalle puolelle. Nostovoima tosin suuntautuu hieman viistoon menosuunnasta, mutta köli hillitsee sortoa eli veneen sivuttaisliikettä. Näin syntyy voima, joka saa veneen tai purjelaudan liikkeelle — ja huippuvauhtiin, kun lähestytään tuulen nopeutta.

Myötätuulessa ongelma oli, että näennäinen tuuli hiljeni kokonaan, mutta sivutuulessa käy päinvastoin. Todellinen tuuli kohdistuu purjeeseen edelleen sivulta samalla nopeudella, mutta lisäksi tulee "“ajoviima" suoraan edestä. Siksi ilmanpaine-ero purjeen eri puolilla vain kasvaa ja sen mukana venettä eteenpäin liikuttava voima. Jopa kaksinkertainen tuulennopeus on mahdollinen nykyaikaisilla kilpaveneillä, joissa veden vastus on minimoitu trimaraanirakenteella, eli vene lähes liitää päärungon ja sen kahta puolta olevien ponttonien päällä. Kovassa vauhdissa toinen ponttoneista nousee jopa ilmaan.

Purjelaudat eivät kovassa vauhdissa enää ui, vaan ne nousevat "“plaaniin" veden pinnalle. Silloin veden vastus on lähes olematon, ja purjelautailijakin voi ylittää tuulen nopeuden.

.Julkaistu Tiede-lehdessä 8/2009

Sisältö jatkuu mainoksen alla