En el medio acuático donde los buques se encuentran flotando, ocurren importante fenómenos o eventos tales como; el viento, la corriente marinas y la posibilidad de abordaje con otro buque, en los cuales hay que aplicar la física cinemática, por lo que se requiere un mínimo de conocimientos de las matemáticas de los vectores, concretamente del concepto de vector opuesto a uno dado y la suma y resta de vectores. Si tus conocimientos vectoriales son limitados o los tienes olvidados, entonces es el momento ahora de que los adquieras o los repases para que te pongas al día. Este articulo lo dedicaremos a explicar los conceptos básicos de la física cinemática, basados en ejemplos con el viento y la corriente.
La cinemática (del griego κινέιν kinéin 'mover, desplazar') es la rama de la física que describe el movimiento de los objetos, y se limita ,principalmente, al estudio de su trayectoria en función del tiempo. Para ello utiliza velocidades y aceleraciones, que describen cómo cambia la posición en función del tiempo. La velocidad se determina como el cociente entre el desplazamiento y el tiempo utilizado, mientras que la aceleracion es el cociente entre el cambio de velocidad y el tiempo utilizado
Las velocidades que denominaremos vectores se representan con flechas, tienen un origen, y un extremo. Los elementos del vector son : la intensidad o módulo (es la medida del vector) , la dirección (es la recta que lo contiene) y el sentido (indica hacia qué lado y está dado por la punta de la flecha) .Los vectores se pueden sumar, restar, multiplicar. La suma o la resta de vectores dan por resultado otrovector (llamado resultante) el cual se puede obtener mediante diferentes procedimientos. Durante la navegación es de suma importancia el conocimiento de la suma y resta de dos vectores.
Para sumar y restar vectores tanto en el plano como en el espacio hay distintos métodos. Hay métodos geométricos y métodos numéricos. Veremos uno de cada uno y varios ejemplos.
Si queremos sumar geométricamente dos vectores Va +Vb deberemos colocar un vector a continuación del otro, es decir trasladándolos paralelamente a sí mismos, para no cambiar su dirección ni su sentido, y haciendo coincidir el origen del segundo vector Vb con el extremo (Saeta) del primero Va. Luego el vector suma, será un nuevo vector Vr cuyo origen es el origen del primero, en este caso de Va y cuyo extremo (saeta) coincide con el segundo o sea con Vb
También se pueden sumar los vectores por el método del paralelogramo
Para restar vectores sólo tendremos que sumarle al primero el opuesto del segundo. El opuesto de un vector tiene la misma medida pero sentido contrario. Veamos un ejemplo:
Vr = Va – Vb = Va + (- Vb)
Tres suposiciones básicas se admiten como válidas en los estudios de cinemática naval:
a)Los barcos se mueven siguiendo derrotas rectas y a velocidad uniforme. Despreciamos así cambios de rumbo o guiñadas y frenazos o acelerones debidos por ejemplo a las olas.
b)Cuando un barco cambia el rumbo este cambio tiene lugar instantáneamente y ocurre sobre el centro de gravedad del barco. Es decir, despreciamos la existencia de la curva de evolución en el giro del barco.
c)Los cambios de velocidad son instantáneos.
Admitiendo estos tres puntos, cualquier cálculo de cinemática se reduce a un problema de suma y resta de vectores, como no puede ser de otra manera porque la velocidad de un barco es una magnitud vectorial. En otras palabras, si queremos determinar completamente el movimiento de un barco necesitamos saber no sólo cuantos nudos está haciendo (el módulo de la velocidad) sino, también, cuál es su rumbo, o sea, la derrota que sigue y, sobre esa dirección representada en una carta por una línea recta, en que sentido se mueve (hacia un extremo de la recta o hacia el otro). El conjunto de las tres cosas (módulo, dirección y sentido) definen completamente a la magnitud vectorial que es la velocidad del barco.
Teniendo el rumbo indicado por el compás magnético, girocompás u otro equipo de dirección y la velocidad a la cual el buque se mueve indicada por la corredera u otro indicador de velocidad, tendremos el desplazamiento real del buque con respecto al fondo del mar, si no existiera viento ni corriente. En muchos casos están presentes estos evento ya sea actuando solo o en su conjunto, por lo que debemos emplear algunos artificios de la cinemática física
Expondremos algunas aplicaciones de la suma y resta de vectores en la navegación;
1.-Durante la influencia del viento que nos produce un abatimiento.
El abatimiento (a) es, en navegación marítima, el desvío de una nave respecto al rumbo inicial motivado por la acción del viento sobre la estructura u obra muerta de la embarcación
.
2.- Durante la influencia de la corriente que nos produce una deriva.
La deriva(b) que ressulta ser el desvío de la trayectoria real (derrota) de una embarcación con respecto a la verdadera dirección de su proa (rumbo), debido a la corriente.
3,-En la navegación táctica o cinemática naval.
se , estudia la relación entre los movimientos de los buque sobre la superficie de la mar. En otras palabras, nos interesa saber cuál es el movimiento de un buque B con respecto a un buque A o viceversa, llamado movimiento aparente (Relativo),como resultado combinado de los movimientos ab-solutos (o sea, respecto al fondo del mar) de ambos buques ..
I.- Comencemos por la aplicación de la suma de vectores a un buque que navega bajo la acción del viendo produciéndole un abatimiento
En la práctica de la navegación como se tiene en cuenta el efecto del viento
II.- Como aplicar la suma de vectores, cuando el buque navega bajo la influencia de la corriente.
Cuando deseemos conocer el rumbo efectivo Reb , dado el rumbo verdadero Rv y la velocidad del buque Vc y la dirección y velocidad de la corriente Vb, se procede como aparece en la siguiente grafica
1.- Sobre la carta a partir de la posición del buque se plotea el Rv y sobre el mismo se señala el vector Vc con su magnitud en nudos a escala (FA) de la velocidad del buque indicada por la corredera u otro medio.
2.- A partir del punto A se coloca la dirección de la corriente que aparece en la carta u otra publicación y sobre el mismo se marca la magnitud del vector Vb (AB).
3.- Unimos el punto F con la saeta del vector Vb y la magnitud FB nos dará la velocidad efectiva Ve con que navega el buque y su rumbo efectivo Re.
4.- El ángulo formado entre el Rv y el Re es el ángulo b de deriva
Recordemos que en el buque las corrientes marinas ocasiona que un buque al pairo o al garete se movería, tal como si estuviera sobre una alfombra mágica su derrota real o efectiva sería la de la corriente , si no hubiese otra fuerza que actuara sobre él . Al ponerse en marcha el buque con un rumbo y una velocidad dada, la derrota real o efectiva con respecto al fondo seria la suma de dos vectores , uno el vector de la corriente y el otro el vector velocidad .
La suma de los vectores del movimiento : el del buque y el de la corriente , nos dará el vector del rumbo efectivo con respecto al fondo del mar y la diferencia entre las direcciones del vector del rumbo verdadero y el del rumbo efectivo se denomina Deriva y se designa con la letra griega beta b . La deriva es el ángulo formado entre el rumbo verdadero (Rv) y el rumbo efectivo con respecto al fondo Re (Rf), y hay que tenerla en cuenta, para aprovecharla o contrarrestarla.
Si ocurre que el viento y la corriente estén actuando al mismo tiempo sobre el buque ,se sumarian ambos vectores con sus valores correspondiente, al vector de la velocidad y dirección del buque y nos daría el rumbo efectivo con relación al fondo del mar , con la alternativa , que primero se sumaría el del vector del abatimiento mediante el ángulo alfa que aparece en la tabla de abatimiento y y sobre este rumbo se colocaría la intensidad del vector de la velocidad del buque, al cual se le sumaria el vector de la velocidad y dirección de la corriente dando como resultado final el rumbo efectivo total con respecto al fondo del mar.
El abatimiento y la deriva fueron ampliamente estudiados en los primeros artículos que aparecen en este blog de náutica.
La velocidad del viento se mide con el anemómetro y la dirección con la veleta. Este viento en ocasiones produce olas que ponen en peligro a la embarcaciones, ocasionando daños a las mismas, a su tripulación y al cargamento, también el efecto del viento hace que el buque no se mueva sobre la derrota planificada que estaría indicada por el Rumbo verdadero sino sobre un rumbo superficial con respecto al fondo marino, la diferencia entre ambos rumbos se denomina abatimiento y generalmente se le designa con la letra griega alfa (a), en la fig. 1 aparece indicada vectorialmente la acción del viento sobre el buque en movimiento.
La dirección y velocidad de la corriente se toma de la propia xcarta náutica, de los Pilot Chart, Derroteros, avisos a los navegantes u otras publicaciones.
Este primer artículo , lo hemos querido dedicar a la cinemática Física aplicándola a un buque en movimiento sobre el cual influyen otras dos fuerzas, el viento y la corriente marina , que lo desvían de su trayectoria o rumbo verdadero.
¿Cómo se aplicaría la suma y resta de vectores en la cinemática naval o Navegación Táctica?
En el próximo articulo aplicaremos los vectores a la cinemática naval, cinemática de radar o como le llaman algunos Navegación Táctica
FIN
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