Tutto quello che devi sapere sulla fisica del kitesurf
La fisica del kitesurf è un argomento molto poco conosciuto nel settore eppure dovrebbe essere esattamente il contrario visto l’importanza di questa materia.
Se ti dicessi che il kitesurf è come il wakeboard ma con una differenza di forza motrice?
Si può dire con assoluta certezza che: ” l’aquilone reindirizza una massa d’aria ogni secondo (m/dt) dal vento apparente, assistito dall’effetto Coanda, ad una velocità (dv) relativa all’aquilone, che crea una forza all’indietro (Forza BACK ). Questo flusso d’aria reindirizzato spinge contro il vento indisturbato dietro di esso, creando turbolenza e fornendo qualcosa contro cui il flusso d’aria reindirizzato può spingere. La forza reattiva uguale e contraria in avanti spinge l’aquilone nella sua direzione spingendo in avanti il rider (vedi sotto)….mai sentito parlare di questo?
Il rider evita di essere portato sottovento e mantiene la tensione delle linee inclinandosi sul vento aiutandosi con il trapezio. Ascoltando ogni cambio di tensione spinge l’acqua sottovento con la tavola controllando la velocità e la direzione dell’aquilone e regolando il suo angolo di attacco (AOA) con il controllo della barra.
La fisica del kitesurf “prefazione”
La fisica del kitesurf quante volte ne hai sentito parlare? Si certo se sei stato fortunato puoi aver avuto a che fare con pochi concetti e molto poco approfonditi perché ovviamente farlo non è semplice sopratutto se non te ne sei mai interessato. Per prima cosa bisognerebbe iniziare a capire che quando si parla di professionalità in un dato campo ciò che ti rende autorevole e riconosciuto sono i concetti che sviluppi e gli argomenti che riesci a trattare e sostenere in ogni confronto.
Sapersi mettere in gioco non è facile, l’umiltà, la passione, la curiosità e sopratutto il sapere sono il motore che ti porta a dedicare molte ore di studio per poter distinguere ciò che sei da ciò che vorrebbero che tu fossi. Quando si insegna il tuo sapere e la voglia di continuare a migliorare senza mai smettere farà sempre la differenza in ogni campo, riconoscendo chi sa e chi millanta di sapere. Questa ti assicuro che è una grande soddisfazione ascoltare tante bocche e pochi cervelli, dire di si e girare le spalle. Ricordati che chi non vuol ascoltare non lo farà mai quindi mai sprecare tempo per il nulla. (Una vecchia frase di un mio grande professore)
Se sei veramente appassionato e vuoi fare questo mestiere seriamente mettiti sempre nella condizione di non smettere mai di studiare e documentarti, perché non esiste fine alla conoscenza. Certo che la strada più facile è sempre quella del “ma si non serve sapere tutto questo per insegnare uno sport è cosi semplice che tutti lo possono fare” oppure “ma si perché studiare tanto se c’è chi mi fa diventare un istruttore in pochi giorni?” È un po’ come se ti dicessero che non serve studiare nella vita basta fare e arrangiarsi e tutto sarà più semplice.
Esempi di pressappochismo e pochissima serietà professionale nel kitesurf è all’ordine del giorno. Errori tecnici di gestione di dinamiche applicate al volo, alla navigazione, al controllo sono spesso imbarazzanti nel mondo della cosiddetta formazione. Una delle mille contraddizioni di questo sport proviene proprio dalla formazione che fa esattamente il contrario di ciò che predica senza sapere ciò che dice.
Ricordati l’incoerenza non è altro che la mancanza di conoscenza. Chi conosce svilupperà lo stesso concetto in mille modi differenti ma con uguali risultati. L’incoerente svilupperà lo stesso concetto come meglio gli conviene indipendentemente dal risultato.
La fisica del kitesurf, quale verità si nasconde dietro a questo argomento? Quali conoscenze servono ad un istruttore per cambiare radicalmente la sua visione e il modo operandis in questo sport?
L’articolo che ti appresti a leggere ti potrebbe sembrare complicato ma in realtà non lo è assolutamente, proverò a spiegarti alcuni concetti di cui sono certo che difficilmente hai mai sentito argomentare con novizia di causa. Stai pur tranquillo che chi lavora in Artofkitesurf o aspira a farlo sa esattamente di cosa parlo.
La fisica del kitesurf e la sua analisi
Gran parte delle analisi disponibili si basano erroneamente sulla meccanica dei fluidi (ad esempio Bernoulli) e confrontano erroneamente le forze generate da un aquilone con la portanza generata dall’ala di un aeroplano. In questo articolo ti spiegherò che la meccanica dei fluidi spiega i flussi d’aria che si formano, ma la meccanica newtoniana spiega le forze risultanti dai flussi d’aria.
Applicare la meccanica newtoniana per spiegare il movimento non è un concetto nuovo, anzi ti assicuro che chi insegna nei vari campi con coscienza e conoscenza sa bene di cosa sto parlando.Tuttavia, applicare il modo descritto in questo articolo per spiegare il kitesurf in base alla portata di massa è un approccio completamente nuovo di cui ti invito a leggere con molta attenzione.
L’analisi newtoniana qui presentata è significativa in quanto fornisce nuove e utili intuizioni sul kitesurf. INTENDIAMOCI BENE NON STO INVENTANDO NULLA QUESTA È UNA SCENZA BEN CONOSCIUTA E NOTA IN MOLTI ALTRI CAMPI.
Una migliore comprensione della fisica del kitesurf aiuta i riders a diventare più esperti, agli istruttori diventare più autorevoli e ai produttori a progettare attrezzature migliori.
Conoscere la fisica del kitesurf ti fornisce una spiegazione semplice e facilmente comprensibile di questo sport che è coerente con la fisica accettata e ciò che viene osservato nella pratica. Ricordati bene che gli insuccessi nella vita nascono principalmente dalla non conoscenza ovvero dall’ignoranza alimentata dalla presunzione e dalla mancanza di autocritica.
Ti faccio un esempio che possa aiutarti a capire e valutare meglio ciò che stai leggendo. Se vuoi fare il meccanico di auto certamente non ti servono studi particolari se ti limiti a fare lavori di contorno e ripetitivi (esempio cambiare i freni, sostituire l’olio e filtri, cambiare delle lampadine ecc…) nessuno può dirti che non sei un meccanico in fin dei conti hai un officina con tutti gli attrezzi del caso, ti sporchi le mani, lavori sulle auto e hai un insegna attaccata ad un muro con su scritto “officina meccanica”.
Ma se devi aprire un motore in due? Apportare delle modifiche? Trovare soluzioni tecniche differenti? Se devi lavorare sull’elettronica? Tutti possono fare i meccanici di auto ma ci sono i meccanici e i professionisti e la differenza che tu lo voglia o no è evidente, e la provi sulla tua pelle e sul tuo portafoglio ogni qualvolta ne hai bisogno. La formazione nel kitesurf è esattamente cosi tutti sono e possono diventare istruttori perché chiunque può farlo…… ma la verità è ben altra.
La fisica del kitesurf le nozioni di base
Dopo ciò che hai letto sopra vediamo di capire meglio questo argomento la fisica del kitesurf. Il kitesurf è un’evoluzione della vela come sport, dalle barche a vela ai windsurf ecc…Le attrezzatura da kitesurf variano in design, forme e dimensioni attorno a un modello base.
L’attrezzatura comprende un aquilone distante e staccato (come un parapendio) collegato da lunghe linee ad un rider tramite un’imbracatura. Il rider sta su una tavola di piccole dimensioni in una determinata posizione, anche se poi ognuno si pone come crede ma la posizione corretta è una.
Meccanicamente la tavola deve spingere l’acqua verso l’aquilone per evitare di essere trascinata sottovento oppure per viaggiare controvento. Al contrario, se lo hai mai notato le barche a vela e i windsurf non funzionano in questo modo.
La dimensione ottimale dell’aquilone dipendono prima di tutto dall’abilità del rider, dal peso, dalle dimensioni della tavola nonché dalle condizioni del vento. Come vedi non metto come prima condizione il vento perché è ovvio che è una componente fondamentale ma non parte da li l’abilità in questo sport.
Peso e abilità, sono loro che fanno la differenza nell’interpretare in modo corretto SICURO e soddisfacente il kitesurf. La fisica del kitesurf ci spiega e insegna che la sopra in velatura se non usata per determinate e consapevoli discipline è sinonimo di poca capacità e conoscenza. Uscire in mare per una semplice surfata o insegnare con vele sopra dimensioniate è come anestetizzare qualcuno per non fargli sentire il dolore.
Lo sport del kitesurf deve dare priorità a elementi come velocità, controllo, stabilità e manovrabilità che si traducono in SICUREZZA, CONSAPEVOLEZZA E CRESCITA. Gli aquiloni efficienti hanno forme e forme, simili alle ali degli aeroplani, con bordi d’attacco spessi e bordi d’uscita affusolati.
La parte superiore è curva (concava), mentre la parte inferiore (lato interno) è piatta. Questo design è aerodinamicamente efficiente in quanto riduce al minimo la resistenza massimizzando al tempo stesso il flusso d’aria reindirizzato e, quindi, la forza generata. Sia gli aquiloni che le ali degli aeroplani creano forze che possono essere descritte dalla meccanica newtoniana.
Anche se i loro design sono simile, vengono applicate forze in modi differenti. Producono flussi d’aria diversi e, quindi, forze diverse. L’aquilone tira in avanti la tavola ed è l’unica fonte di energia per il kiter per navigare. Questo aspetto può creare confusione perché il kite è posizionato sottovento rispetto alla tavola.
Tuttavia, nonostante sia sottovento, il kite trascina il rider in avanti, il che è evidente dalla posizione dell’aquilone davanti al rider nella direzione di marcia. Questa dinamica è simile allo sci nautico o al wakeboard a bordo di una barca a motore. La barca e lo sciatore esercitano forze che spingono l’acqua l’una verso l’altra per mantenere la tensione della linea. La barca e lo sciatore si trovano ad angoli leggermente obliqui l’uno rispetto all’altro.
Questo concetto può essere dimostrato sostituendo il motoscafo con un aquilone in un’immagine del wakeboard. L’angolo di attacco del kite (AOA) è l’angolo tra il vento apparente (cioè vento contrario) e la direzione del kite.
La fisica del kitesurf analisi del flusso d’aria
Ci sono due flussi d’aria chiave che producono due forze separate su un aquilone, che includono:
a) Il flusso d’aria esterno sulla superficie esterna del kite, che viene reindirizzato verso il basso aiutato dall’effetto Coanda. Ciò genera una forza verso l’alto uguale e contraria.
b) Il flusso d’aria interno viene reindirizzato verso il basso dalla superficie interna del kite. Questa azione crea anche una forza laterale che spinge il kite sottovento condizionato dall’angola d’attacco del kite stesso. Questa è la forza che la tavola utilizza per spingere contro l’acqua;
Preciso che la parte inferiore piatta degli aquiloni è progettata per spingere l’aria verso il basso senza indurre alcun effetto Coanda.
Ma adesso che cos’è l’effetto “COANDA”? L’effetto “COANDA” altro non è che il movimento di un fluido viscoso che procede seguendo una linea su di una superficie curva con la tendenza di seguire la sua traiettoria tangente alla superficie stessa. Questo evento avviene anche nel caso in cui la stessa superficie finisce. L’effetto coanda prevede anche che lo stesso sia più intenso, quanto più l’ala stessa si muove velocemente verso il fluido viscoso (ad esempio il vento). Difficile da capire? Ma assolutamente no e ora te lo spiego ed illustro meglio. Immagine 1
I flussi d’aria e le forze sul kite da una prospettiva diversa sono illustrati nell’immagine qui sotto. Immagine 2
Quindi per farti capire meglio guarda attentamente l’illustrazione qui sotto. Il flusso del fluido segue naturalmente una superficie curva a causa dell’effetto Coanda. Ad esempio, l’acqua che cade da un rubinetto viene reindirizzata dal lato curvo di un cucchiaio, come illustrato di seguito.
Secondo la meccanica newtoniana, alterando la direzione del flusso del fluido si crea una determinata forza. La forza reattiva uguale e contraria spinge il cucchiaio diagonalmente verso l’alto. L’effetto Coanda può avere un effetto significativo sul flusso del fluido e quindi sulla forza generata.
L’effetto coanda sugli aquiloni si genera con il flusso d’aria relativo dal vento apparente che segue il lato superiore curvo di un aquilone. L’effetto Coanda reindirizza anche il flusso d’aria sul lato sottovento delle vele.
La quantità di aria reindirizzata dall’effetto Coanda dipende dal mantenimento del flusso d’aria laminare (liscio, non turbolento) sulla parte superiore dell’ala per massimizzare la quantità di aria spostata verso il basso ogni secondo.
Significato di forza nel suo spazio
La forza generata dal kite (Force KITE) è tipicamente descritta dalla cosiddetta finestra di volo o di potenza. La forza maggiore si trova direttamente sottovento al rider nella parte bassa. Quando il kite è completamente sottovento, nel punto di massima generazione di forza dal punto di vista del rider, lo stesso non potrà navigare controvento perché si sentirà tirare troppo sottovento.
MA perché avviene questo? La risposta è abbastanza semplice e intuitiva ma che in pochi ti direbbero, perché il kite non genera alcuna forza in avanti per tirare il rider controvento.
Ora devi sapere che tutta la forza del kite non viene avvertita dal rider, una parte di essa viene utilizzata per contrastare la forza del vento apparente contro il kite. Il rider percepisce solo la forza che viene generata dal kite disponibile per cercare di navigare. Questo è ciò che il rider sperimenta o percepisce.
La finestra di vento che tanto ti descrivono e senti parlare non è una descrizione del tutto accurata per dimostrare la forza del kite….(ebbene si è proprio cosi).
Se non bastasse ti faccio un esempio ancora più chiaro. Quando hai l’aquilone direttamente sopra alla tua testa tu percepisci poca potenza generata dall’aquilone. Ma tuttavia, il kite genera molta forza per mantenere la sua posizione sopra alla tua testa e compensare la forza del vento.
Devi sapere che nel kite c’è una trasformazione continua che possiamo decifrare come paracadute contro parapendio. Le forze generate da un aquilone possono essere descritte separatamente tra quelle generate dal lato interno dello stesso. (forza tipo paracadute) e dal lato esterno dell’aquilone (forza tipo parapendio).
La fisica del kitesurf fattori influenzanti.
La fisica del kitesurf è una materia molto interessante dalle mille scoperte. Quando percepisci la massima potenza dell’aquilone, direttamente sottovento a te, il kite funziona più come un paracadute che come un parapendio. L’AOA del kite è al massimo di 90°. L’interno del kite cattura la massima quantità di vento possibile.Tuttavia, in questo frangente non c’è alcun effetto Coanda e nessun flusso d’aria sul lato sottovento dell’aquilone lato esterno.
Questa Analisi descrive questa forza anche come forza sottovento (Force DOWNWIND). Quando il kite è completamente sottovento, la componente del paracadute è al massimo e la componente del parapendio è al minimo. Quando il kite riduce il suo AOA e si allontana dal sottovento, la situazione si inverte: la componente del paracadute si riduce e la componente del parapendio aumenta. L’AOA del kite diminuisce verso le zone di potenza inferiori. L’aquilone funziona sempre meno come un paracadute e sempre più come un parapendio.
Il flusso d’aria diminuisce sul lato interno sopravvento e aumenta sul lato esterno sottovento del kite a causa dell’effetto Coanda . Qui dentro c’è il segreto dei tuoi salti e della galleggiabilità in area, che se ti venisse spiegata nel giusto modo ti si aprirebbe un mondo sconosciuto di questo sport dove l’apprendimento tecnico ti risulterebbe completamente diverso logico e credibile.
La forza generata dal kite varia principalmente con il suo AOA. Il flusso d’aria reindirizzato a causa dell’effetto Coanda sul lato sottovento dell’aquilone è altamente sensibile all’AOA dell’aquilone. Tutto questo ha un impatto significativo sulle forze generate. La forza del KITE varia anche in base all’altezza e alla sua velocità di movimento.
La componente parapendio fornisce la possibilità di manovrare il kite lateralmente o verso l’alto e, quindi, di regolare la quantità e la direzione della forza generata dalla componente paracadute del kite. Con vento forte, la vela può essere allineata per produrre una forza verticale sufficiente a tirare il rider verso l’alto dandogli la possibilità di eseguire grandi salti e spettacolari manovre.
Esiste poi anche un compromesso tra la velocità e l’angolo di bolina. Più il rider naviga vicino al vento, minore è la potenza disponibile e quindi più lenta la sua velocità. La relazione tra l’AOA del kite e la velocità non è lineare. Oltre a una certa angolazione del kite, la forza a disposizione e la velocità del rider diminuiscono in modo sproporzionato a qualsiasi aumento dell’angolazione del kite.
Conoscere il controllo e gestione dell’angolazione ottimale del kite significa produrre la massima velocità del rider nel vento con un’efficacia totalmente diversa su qualsiasi cosa si voglia fare. Il processo con cui l’aquilone reindirizza il vento crea anche una piccola forza sottovento allo stesso. Il rider si oppone a questa forza allontanandosi dall’aquilone e nel vento, nonché utilizzando la tavola per spingere l’acqua sottovento.
Questa azione mantiene la tensione delle linee, che consente al rider di controllare l’aquilone, mantenendolo in pressione nel suo volo. Secondo la meccanica newtoniana basata sulla portata massima, la forza esercitata dalla tavola è pari alla massa d’acqua che ogni secondo, viene spinta e accelerata ad una velocità sottovento. La reazione è una forza uguale e contraria che spinge il rider controvento (vedi sotto).
La direzione della forza dipende dall’AOA della tavola rispetto all’acqua. A sua volta, questa dinamica può essere utilizzata per controllare la direzione della tavola. Inoltre, con vento più forte, il rider deve inclinarsi maggiormente nel vento per compensare la forza che il vento stesso esercita sul suo corpo.
La tavola e la sua dinamica
La tavola deve affrontare anche la resistenza dell’acqua nella sua navigazione in avanti. Tuttavia, l’aquilone non subisce questa resistenza. Questo significa che l’aquilone avanza più velocemente del rider il quale funge anche da perno del kite. Quindi a questo punto sappiamo che l’aquilone alla fine tende ad oscillare più o meno davanti al rider il quale riducendo l’angolo del kite rispetto al vento modifica direzione e forza generata. Come vedi ciò che fa veramente la differenza in questo sport è la tecnica di gestione del kite e non tutte le favole da spiaggia che senti da più parti.
Ad esempio, se un aquilone si muove a 10 m/s (circa 36 km/h) il rider tenderà a muoversi a una velocità inferiore di 8 m/s a causa della resistenza dell’acqua. Se il rider è incapace di vedere e vivere questa situazione alla fine il kite tenderà ad oscillare troppo davanti a lui perdendo inevitabilmente forza. Quello che serve in questo sport è far capire ed insegnare a qualsiasi livello questa percezione e con la tecnica di gestione del kite modificarla a proprio piacimento.
Le lunghe linee del kite possono parzialmente compensare questo problema riducendo la velocità angolare con cui il kite oscilla davanti al kiter.
La fisica del kitesurf altre considerazioni.
Un aquilone più grande cattura ogni secondo una maggiore massa d’aria, e quindi genera una forza maggiore. Un vento più forte soffia una massa d’aria maggiore ogni secondo contro il kite, ad una velocità maggiore, generando di conseguenza maggiore forza.
Questi due concetti molto semplici si possono unire in una sola disamina e creare anche un altro fattore molto più importante. Se riesco a ridurre la grandezza del kite e aumentare la velocità di movimento unisco i due concetti creando una maggiore e proficua forza. (bisogna chiaramente che qualcuno finalmente si decida ad insegnarti questo)
Diverse forme e design degli aquiloni producono diversi flussi d’aria (aerodinamica). Ciò crea diversi equilibri dinamici e una diversa forza. La direzione e la forza di un kite dipendono dalla sua inclinazione rispetto al vento. L’intero bordo d’attacco dell’aquilone può reindirizzare il vento per generare una forza da un’estremità dell’ala all’altra. L’orientamento orizzontale o verticale del kite non influisce sulla forza generata. La forza generata da un aquilone è simmetrica in tutte le direzioni.
Simili agli alianti, gli aquiloni hanno una prestazione elevata con una lunga apertura alare rivolta al vento. La meccanica newtoniana spiega la vela in maniera molto semplice. La forza in avanti generata dipende principalmente dalla quantità e dalla velocità dell’aria reindirizzata dalla vela.
La fisica del kitesurf e della vela alla base è simile; entrambi possono essere descritte dalla meccanica newtoniana basata sulla portata massima creata da un flusso d’aria reindirizzato. Una differenza tra la vela e il kitesurf c’è ed è che il rider appoggia il corpo al vento e spinge l’acqua sottovento per contrastare la forza sottovento sull’aquilone.
Al contrario, una barca che naviga controvento si oppone alla forza sottovento sulla vela inclinandosi nella direzione del vento e la chiglia si oppone all’inclinazione. Un particolare che non si osserva è che una barca a vela spinge l’acqua verso il vento lontano dallo scafo o dalla chiglia, come fa il kitesurfer ma in una direzione diversa. Questa differenza nasce perché una barca a vela utilizza un timone per navigare, mentre un rider usa la tavola anche per governare il che la rende molto più manovrabile.
La tecnica newtoniana spiega semplicemente le dinamiche del kitesurf in una maniera coerente e secondo una fisica accettata. Tutto questo la formazione nel kitesurf non ne fa menzione specialmente nel reparto che dovrebbe occuparsi di formare dei professionisti all’insegnamento. Mi sembra sconcertante, del resto i risultati di chi pratica o insegna il kitesurf rispecchiano le mancanze che si possono vedere tutti i giorni su tutte le spiaggia Italiane e del mondo.
Leggi anche: “I segreti dell’apprendimento e formazione nel kitesurf”
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