Come agiscono le Forze Idrodinamiche su una tavola da surf

Consideriamo un primo, più semplice, caso: quello di una tavola da surf (surfboard) che viaggia in avanti su un’onda larga su un fondale profondo. Possiamo in questo modo comprendere i principi del moto della tavola. La condizione per l’equilibrio è data dal fatto che il surfer si muove con la tavola insieme all’onda mantenendo la propria posizione rispetto all’onda: per far questo egli si muove sulla tavola spostando il proprio peso ad equilibrare le forze agenti.

Per semplicità assumiamo che la superficie libera sia piana e che il raggio di curvatura sia ampio rispetto alle dimensioni del surfboard.

Considerando la definizione di Portanza (Lift) e Resistenza (Drag) queste possono essere descritte in questa maniera

L/D = cot()

L = W*cos()

In questo modo se il rapporto L/D è corretto il surfer è grado di cavalcare la propria onda. Questa semplice affermazione è la chiave per il surfriding, variando opportunamente le forze in gioco agendo sull’angolo di trim (il beccheggio, cioè l’inclinazione del piano della tavola rispetto al piano orizzontale perpendicolare alla faccia dell’onda). In questo modo camminando in avanti sulla tavola (o comunque spostando il peso in avanti) naturalmente il surfer acquisterà velocità dirigendosi verso il cavo dell’onda; al contrario camminando indietro otterremo il risultato di diminuire la velocità dirigendo la tavola verso la cresta dell’onda stessa. Naturalmente su un fondale profondo la possibilità di prendere un’onda è legata alla possibilità del surfista di raggiungere velocità dell’onda (vd. argomento specifico ) che è intorno ai 12 m/s (circa 43 km/h) per un’onda con lunghezza d’onda pari a circa 91 metri, che risulterà molto difficile senza una spinta propulsiva esterna!!!

In ogni caso otterremmo dei dati di questo tipo, per una tavola intorno ai nove piedi, carico totale intorno agli 80 kg:

- - - (...elaborazione...)

La velocità risultante della tavola è data da dove è la componente perpendicolare alla cresta dell’onda. Adesso consideriamo un piano tangente alla superficie libera nella zona della tavola (vd. figura):

con .

Per l’equilibrio, la risultante delle forze idrodinamiche è tale da opporsi al Peso (forza peso) del surfista e della tavola, e possiamo scomporla in un insiem di portanza, resistenza (parallela alla direzione del moto nell’acqua) e forze laterali (perpendicolari alla direzione del moto).

A questo punto ho: in questa maniera, nel momento in cui conosco gli angoli e , anche il rapporto L /D ed L/S è noto.

Per esempio se = 16° e = 45° allora L/D=L/S e non c’è accelerazione.

Con una ipotesi più approfondita, considerando e i dati relativi ad un profilo indicativo di tipo NACA 4167, in relazione alle precedenti condizioni di carico otterremmo

Trim=5° (in beccheggio)

Yaw=20° (in imbardata)

Roll=15° (in rollio)

Questo naturalmente è solo un esempio e ha un valore molto relativo in quanto le condizioni e gli angoli sono mutevoli, comunque lo si può considerare una prima applicazione della teoria fluido dinamica ad un modello della nostra tavola.