Resistenza all’avanzamento e velocità critica della barca

Ho più volte parlato di velocità relativa dell’imbarcazione, con riferimento soprattutto alla forma delle linee d’acqua in funzione di questa velocità.
Che cosa è la velocità relativa?
Prima di dare una risposta andremo a definire la resistenza all’avanzamento di una imbarcazione con il conseguente calcolo della velocità critica.

Barca più grande = barca più veloce?

Chi ha osservato barche di ogni tipo in navigazione è possibile si sia già posto la domanda: “Una barca più grande è potenzialmente più veloce di una più piccola?”
E che si sia già dato una risposta: “Sì, una barca grande è capace di raggiungere velocità più elevate rispetto ad una più piccina, a parità di altre condizioni”.
Proviamo a pensare al confronto estremo tra una nave da crociera ed un tradizionale gozzo da pesca di 7-8 metri.
Perché la nave raggiunge con relativa facilità i 20-30 nodi di velocità, mentre con il gozzo dobbiamo accontentarci di velocità molto più basse, nell’ordine dei 4-5 nodi?

Resistenza d’attrito e resistenza d’onda

La resistenza all’avanzamento di una barca è formata da due componenti fondamentali: la resistenza di attrito e la resistenza d’onda.
La resistenza di attrito è proporzionale alla superficie bagnata dell’imbarcazione e dipende dal fatto che la barca, nel suo moto, tende a portarsi dietro, quindi a spingere in avanti, gli strati di acqua a diretto contatto, o più prossimi alla sua superficie bagnata.
La resistenza d’onda è invece dovuta al fatto che la nostra barca, nel suo moto di avanzamento, genera un sistema di onde. L’energia spesa per formare queste onde è energia perduta, e costituisce appunto la componente di resistenza d’onda.
A basse velocità le onde formate dalla barca sono piccole e la componente di resistenza di attrito sarà preponderante rispetto alla resistenza d’onda.
Via via però che la velocità di avanzamento aumenta, le onde formate dallo scafo saranno sempre più grandi e più grande sarà la componente di resistenza d’onda che, raggiunte certe velocità, prevarrà sulla componente di attrito.

La velocità critica di una barca

Una barca in navigazione produce un sistema di onde divergenti ed un sistema di onde trasversali.
La definizione di velocità critica – pari a 1,34 volte la radice quadrata della lunghezza effettiva della barca, utilizzando il sistema imperiale di unità di misura – deriva dallo studio del sistema di onde trasversali originato dalla barca in movimento ed è la velocità limite che ogni barca non può superare a meno di non riuscire a valicare la propria onda di prua.
In questa situazione la resistenza all’avanzamento raggiunge un picco.

   

Testi di riferimento:

Sergio Crepaz, ‘ Teoria e progetto di imbarcazioni a vela ‘, Zanichelli
Larsson and Eliasson, ‘ Priciples of yacht design ‘, Intl Marine Pub.
Paolo Lodigiani, ‘ Un’introduzione al capire e progettare le barche ‘, B.C.A. Demco Kit
Carlo Sciarrelli, ‘ Lo Yacht ‘, Ugo Mursia