Avete mai notato che ogni barca, anche con tanto vento e vele perfettamente a segno, sembra avere una velocità oltre la quale non riesce più ad accelerare? La barca “si pianta”, la prua si alza, la poppa si abbassa, e più forza mettiamo più la sensazione è di arrampicarsi su una specie di collina che non si riesce mai a superare…
Quella barriera ha un nome: velocità critica.
Un limite che può essere superato solo entrando in regime di planata – cosa possibile per barche specificamente progettate – oppure, in condizioni molto particolari, anche per barche dislocanti che riescono a “surfare” sulle onde.
La Fisica delle Onde: Lo Scafo Crea il Proprio Ostacolo
Quando una barca accelera da ferma, inizia a creare onde.
La prua genera un’onda che si allunga man mano che la velocità aumenta, e la poppa ne genera un’altra, tra queste due onde si forma un cavo, una depressione.
Ed ecco il punto cruciale: esiste una velocità precisa alla quale la lunghezza dell’onda generata dalla prua diventa esattamente uguale alla lunghezza della carena al galleggiamento, in quel momento la prua si trova sulla cresta della sua onda e la poppa sulla cresta dell’onda successiva, mentre il centro della barca sprofonda nel cavo.
Alla velocità critica la lunghezza dell’onda di prua eguaglia la lunghezza al galleggiamento: lo scafo si trova tra due creste d’onda e deve “risalire” la propria onda, con forte aumento della resistenza.
È come se la barca cercasse di arrampicarsi sulla propria onda: un po’ come correre in salita su una collina che cresce mentre corri. La resistenza aumenta in modo drastico.
Questa è la velocità critica: il punto in cui la resistenza d’onda diventa preponderante su tutte le altre forme di resistenza.
William Froude e la Formula della Velocità Critica
Per capire la velocità critica dobbiamo ringraziare William Froude (1810-1879), un ingegnere britannico che nel 1872 costruì la prima vasca di rimorchio della storia a Torquay, Froude scoprì le leggi che governano la resistenza delle navi e sviluppò una formula che porta il suo nome:
Fr = V / √(g × L)
Questo è il numero di Froude, parametro adimensionale che descrive il regime di navigazione, ma per noi velisti esiste una formula più immediata:
V (nodi) = 1,34 × √LWL (piedi)
O in unità metriche:
V (nodi) = 2,43 × √LWL (metri)
Questa è la formula della velocità critica, la costante 1,34 corrisponde a un numero di Froude di circa 0,40: il punto critico.
Facciamo esempi pratici:
- Barca con 9 metri al galleggiamento → velocità critica 7 nodi
- Barca con 16 metri al galleggiamento → velocità critica 9,7 nodi
Più la barca è lunga, più veloce può andare prima di incontrare questa barriera.
La resistenza d’onda cresce rapidamente in prossimità di Fn ≈ 0,4 (velocità critica): oltre questo punto diventa la componente dominante della resistenza totale, limitando l’incremento di velocità degli scafi dislocanti.
Oltre il Limite: la Planata
«Datemi un punto d’appoggio e solleverò il mondo.»
Archimede di Siracusa
No, la velocità critica non è una costante fondamentale come la velocità della luce, è semplicemente il punto in cui, per uno scafo dislocante, la resistenza d’onda cresce così tanto che per quanta energia possano sviluppare le vele, la barca continua a rimanere intrappolata nella “sua” onda.
Tuttavia esiste un modo per aggirare l’ostacolo: far uscire parte della barca dall’acqua, ossia entrare in planata.
Quando uno scafo naviga in regime dislocante, sposta (disloca) una quantità d’acqua pari al suo peso; è sempre immerso, sempre “dentro” l’acqua, ma se la velocità e la forma della carena generano forze idrodinamiche sufficienti, lo scafo può sollevarsi, riducendo drasticamente la superficie bagnata.
Questo è il regno della planata: lo scafo non disloca più acqua, ma vi si appoggia sopra, planando sulla superficie come un sasso lanciato radente. La resistenza d’onda diminuisce, la velocità critica diventa irrilevante.
È una rivoluzione: non si combatte più contro la propria onda, si vola sopra di essa.
Con l’aumentare della velocità lo scafo passa dal regime dislocante alla semiplanata fino alla planata: cresce la portanza idrodinamica, diminuisce la superficie bagnata e la barca smette progressivamente di “spostare” acqua per iniziare a sostentarsi dinamicamente.
I Pionieri della Planata: Dalla Teoria alla Pratica
«L’uomo ragionevole si adatta al mondo; l’uomo irragionevole insiste nel cercare di adattare il mondo a sé.
Perciò il progresso dipende dall’uomo irragionevole.»George Bernard Shaw
Ma come si costruisce uno scafo capace di planare? La risposta arrivò per gradi, attraverso intuizioni e sperimentazioni.
Già nel 1876, Nathanael “Captain Nat” Herreshoff aveva costruito Amaryllis, un catamarano rivoluzionario con due scafi sottilissimi (24 piedi × 20 pollici) che vinse la Regata del Centenario del New York Yacht Club per poi essere squalificato perché “non era uno yacht”.
Herreshoff aveva capito che scafi lunghi e leggeri, con angoli di entrata finissimi, potevano superare la velocità critica degli equivalenti monoscafi. I suoi catamarani erano talmente veloci che la comunità velica dell’epoca non era pronta ad accettarli.
Ma la vera svolta per la planata a vela arrivò intorno al 1930, quando nacque la moderna deriva planante; grazie all’ingegno di progettisti come l’inglese Uffa Fox e allo sviluppo di classi come la Classe Internazionale 14′, vennero create forme di carena studiate specificamente per generare sostentamento idrodinamico.
Il principio è semplice quanto geniale: carene dalle forme generose che, con la dovuta potenza fornita dalle vele, sviluppano a contatto con l’acqua una forza di lift (portanza) sufficiente a sollevare la barca, consentendole di superare l’onda che si forma alla velocità critica.
In planata parte del peso è sostenuto dalla portanza idrodinamica generata dalla carena: la riduzione dell’immersione e della superficie bagnata comporta un netto calo della resistenza d’onda.
Oggi tutte le derive e buona parte delle barche da regata nelle giuste condizioni hanno la capacità di entrare in planata, regalando performance in termini di velocità davvero interessanti; la sfida del futuro è quella di passare dalla planata al volo.
Le barche volanti sono già realtà: dalle piccole derive agli AC75 dell’America’s Cup, dai Mini 6.50 oceanici fino ai trimarani da record, tutti utilizzano i foil – appendici alari che sollevano completamente lo scafo fuori dall’acqua, generando portanza idrodinamica.
Non vi è dubbio che questa tecnologia pian piano si allargherà, consentendo ad un numero sempre maggiore di imbarcazioni di raggiungere prestazioni impensabili fino a qualche decennio fa. Staremo a vedere…
La Lezione per Noi Velisti: Conoscere per Scegliere
E torniamo a noi, alla barca che navigiamo ogni weekend, che cosa significa tutto questo in pratica?
Conoscere la velocità critica della propria barca non è un esercizio accademico: è intelligenza marinaresca. Sapere che la vostra barca ha una velocità critica di circa 7 nodi vuol dire, per esempio, che:
Se in bolina fate 4,5 nodi, avete ancora margine; se in poppa toccate i 9 nodi, state surfando sull’onda.
Gestire la barca in sicurezza: se in poppa avete già superato la velocità critica e il vento aumenta, state solo stressando la barca senza guadagnare velocità. Ridurre la velatura non significa rallentare: significa navigare in controllo, rispettando i limiti del progetto.
Scegliere la barca giusta: sogni velocità? Cerca scafi lunghi, leggeri e progettati per planare, privilegi comfort e crociera? Uno scafo più pesante sarà più confortevole ma meno veloce.
Insomma la cultura non è mai fine a se stessa, in particolare la cultura marinaresca potete star certi che se navigherete ciò che avete studiato sui libri quando meno ve l’aspettate vi tornerà utile!
Un caro saluto e buon vento a tutti oh marinai!
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di Marco Esposito presidente Round Robin A.S.D
FONTI E RIFERIMENTI
- Lodigiani, Paolo, “Un introduzione a capire e progettare le barche” BCA DEMCO, 1998
