Due imbarcazioni di pari dislocamento, pari lunghezza e superficie del timone ma, rispettivamente, una larga e piatta e l’altra molto stretta e con importante...

Due imbarcazioni di pari dislocamento, pari lunghezza e superficie del timone ma, rispettivamente, una larga e piatta e l’altra molto stretta e con importante pescaggio, danno delle risposte di virata totalmente diverse. Studiamo nello specifico come si può conoscere l’asse di rotazione di Francesco Popia

Due barche in fase di virata, nonostante la stessa tipologia e dimensione del timone, risponderanno in maniera diametralmente opposta: la prima virerà subito assumendo una elevata velocità di rotazione mentre la seconda faticherà a cambiare la propria rotta.
Lo scafo largo e piatto, una volta giunto alla rotta desiderata, togliendo barra al timone tenderà a continuare nel suo moto evolutivo; per farlo cessare sarà necessario una energica azione contraria sul timone. Il secondo, invece, stretto e profondo, girando lentamente, una volta tolta la barra si fermerà molto più repentinamente.
I due scafi, in questa circostanza appositamente estremizzati, si dicono: obbediente al timone, il primo, ma con tendenza a scarrocciare, mentre il secondo, seppur con grande stabilità di rotta, poco obbediente al timone.
A meno di particolari applicazioni in ambito commerciale, entrambi gli scafi appena descritti sono poco idonei per la normale navigazione e la ricerca della soluzione migliore coincide con quella di un compromesso.
Le forze in gioco da analizzare sono:
• P, la forza propulsiva con direzione nel piano di simmetria della nave;
• R, la resistenza al moto uguale e contraria a P;
• S, la resistenza laterale proporzionale alla superficie e alla velocità angolare dell’imbarcazione. Il proprio punto di applicazione è sito in un punto della carena non immediatamente individuabile ma, con un buon grado di approssimazione, è identificabile con il centro geometrico del piano di deriva, cioè del piano longitudinale della nave al di sotto della linea di galleggiamento;
• Q, l’energia cinetica propria della nave nel suo movimento di evoluzione, proporzionale alla sua massa e al quadrato della velocità angolare;
• T, la forza agente nel centro stesso sul timone con valore proporzionale alla superficie della pala, all’angolo d’inclinazione che il timone forma con il piano longitudinale della nave e al quadrato della velocità dell’acqua. Il proprio punto di applicazione è il centro di pressione posto generalmente a proravia del centro geometrico della superficie del timone.
Per semplificare l’esposizione immaginiamo che T agisca sul timone in direzione parallela al piano longitudinale della nave; ciò non corrisponde alla realtà, considerato come, nella determinazione di tale direzione, concorrano le forme di carena e la corrente di scia, non definibili in questa specifica sede.
L’analisi della forza T prevede la sua scomposizione in due componenti, una perpendicolare (T1) e l’altra parallela (T2) alla superficie del timone (cfr. fig. 1); possiamo trascurare quest’ultima in quanto non avrà alcun effetto sul moto evolutiva. La prima componente invece, pari a  T1 = T sen a (con a l’angolo formato dalla superficie del timone con il piano longitudinale dello scafo), è quella che imprime il moto circolare all’imbarcazione.
L’asse di rotazione della nave dovrebbe passare per il centro di gravità della nave stessa se nella fase di evoluzione non si opponesse la resistenza laterale e dovrebbe passare, allo stesso tempo, per il centro della superficie longitudinale immersa se la nave non avesse massa propria, cioè fosse senza peso. La posizione reale dell’asse di rotazione sarà intermedia fra le due suddette posizioni; sarà, più precisamente, più vicino all’asse passante per il centro di gravità della nave se la superficie laterale sarà poca. Se i due assi si trovano verso prora la nave girerà spostando maggiormente la poppa rispetto alla prora e viceversa se essi si trovano verso poppa.
In linea di massima la superficie del timone si determina valutando il rapporto fra le superfici di carena di una imbarcazione simile e quella in fase di progettazione; una più attenta analisi deve però tener conto della precisa posizione del centro di gravità della nave e di quello della superficie di deriva.
Il centro di gravità di una nave descrive, durante la fase di evoluzione, un arco di cerchio la cui tangente forma con il piano longitudinale della nave un certo angolo (angolo di deviazione): l’ampiezza di tale angolo dipende dal rapporto fra la resistenza diretta della nave alla propulsione e la resistenza della deriva. Conoscere l’angolo di deviazione e il raggio del cerchio di evoluzione è elemento fondamentale per valutare le qualità evolutive dell’imbarcazione: con un semplice gps cartografico è facile rilevare queste misure. Nel prossimo articolo valuteremo altri elementi influenzanti la manovrabilità.