Kecepatan berlayar selalu menjadi topik yang menarik.

Dengan kecepatan yang mengejutkan membuat perahu layar dapat meluncur melintasi air meskipun penampilannya anggun.

Meskipun ada yang mengaitkan kecakapan berlayar dengan pemahaman arah angin, kemampuan perahu layar untuk melaju beberapa kali lebih cepat daripada angin dan bahkan melawannya sungguh suatu keajaiban.

Mari kita selidiki rahasia di balik fenomena ini.

Perahu layar mewakili salah satu bentuk perahu tertua dan paling umum dalam sejarah manusia. Mereka memanfaatkan kekuatan angin dengan menyesuaikan sudut dan ukuran layar untuk mengontrol kecepatan dan arah.

Meski mengandalkan tenaga angin, perahu layar seringkali melebihi kecepatan angin.

Jadi, apa yang mendorong perahu layar maju? Jawabannya terletak pada prinsip Bernoulli.

Mari kita mulai dengan pengenalan singkat tentang Daniel Bernoulli, fisikawan, matematikawan, dan dokter Swiss. Pada tahun 1726, Bernoulli menemukan “efek permukaan lapisan batas” melalui eksperimen ekstensif: ketika kecepatan suatu fluida meningkat, tekanan pada antarmuka antara benda dan fluida menurun, dan sebaliknya.

Penemuan ini, yang diperingati sebagai “prinsip Bernoulli,” berlaku untuk semua fluida ideal, termasuk cairan dan gas, dan merupakan salah satu fenomena mendasar dinamika fluida ketika berhadapan dengan aliran stabil. Ini mencerminkan hubungan antara tekanan dan kecepatan fluida: ketika kecepatan fluida meningkat, tekanan menurun, dan sebaliknya.

Prinsip Bernoulli ada di mana-mana dalam kehidupan kita sehari-hari. Misalnya, jika kita meniupkan udara di antara dua lembar kertas, kita melihat bahwa kertas-kertas tersebut saling menempel, bukannya terpisah. Hal ini terjadi karena udara di antara kertas-kertas tersebut mengalami percepatan, sehingga mengurangi tekanan, sedangkan udara di luar tetap diam, sehingga menghasilkan tekanan yang lebih tinggi, sehingga mendorong kertas-kertas tersebut bersama-sama, hal tersebut sebuah demonstrasi sederhana dari efek Bernoulli.

Contoh lain terlihat ketika menunggu di peron sebelum menaiki kereta, rel kecepatan tinggi, atau kereta bawah tanah.

Garis kuning muncul justru karena kendaraan yang mendekat menghasilkan efek Bernoulli, yang menarik individu ke arah kendaraan tersebut. Hal ini bisa berbahaya, oleh karena itu pentingnya tetap berada di belakang garis demi keselamatan pribadi.

Sekarang, mari kita jelajahi prinsip di balik penggerak perahu layar.

Seperti disebutkan sebelumnya, saat berlayar melawan arah angin, perahu layar memanfaatkan tekanan dinamis sebagai tenaga penggeraknya. Namun, seiring dengan meningkatnya kecepatan perahu, perbedaan kecepatan antara perahu dan angin berangsur-angsur berkurang, sehingga mengurangi tenaga penggerak. Akhirnya, ketika percepatan perahu mencapai nol, seimbang dengan hambatan air, perahu memasuki keadaan gerak stabil dimana kecepatannya mendekati tetapi tidak dapat melebihi kecepatan angin. Perahu layar tradisional bertali persegi beroperasi dengan cara ini, membatasi kecepatannya hanya sebatas kecepatan angin.

Untuk lebih meningkatkan kecepatan dan efisiensi berlayar, diperlukan gaya yang lebih kuat di luar gaya dorong langsung dan tekanan statis, yang dicapai melalui pelayaran melawan arah angin dan memanfaatkan efek Bernoulli.

Sisi layar yang cekung dan berisi udara adalah sisi yang menghadap angin, sedangkan sisi cembung, yang menonjol ke luar, adalah sisi bawah angin. Saat udara mengalir melewati layar, sisi angin mengalami konvergensi aliran udara yang lebih cepat dibandingkan sisi bawah angin, sehingga menyebabkan peningkatan kecepatan aliran. Tekanan yang lebih tinggi pada sisi yang lebih lambat dibandingkan dengan sisi yang lebih cepat menghasilkan tekanan statis pada layar.

Meskipun tidak semua tekanan statis digunakan untuk mendorong perahu layar ke depan, komponen yang bekerja sepanjang arah haluan kapal, sebut saja gaya angkat adalah gaya penggerak utama, dengan komponen lateral lainnya yang disebut gaya lateral.

Penting untuk dicatat bahwa gerakan itu relatif. Saat berlayar, kecepatan dan arah angin yang dirasakan oleh awak kapal sangat berbeda dengan angin sebenarnya karena kecepatan kapal. Angin alami, relatif terhadap permukaan tanah atau air, disebut “angin sebenarnya”, sedangkan angin yang dirasakan oleh awak kapal selama bergerak disebut sebagai “angin semu” atau “angin yang dirasakan”. Besar dan arah angin semu merupakan hasil penjumlahan vektor angin sebenarnya dan kecepatan perahu.

Saat perahu berlayar ke berbagai arah, besaran dan arah angin yang tampak juga bervariasi. Saat berlayar dalam jangkauan jarak jauh hingga jarak dekat, angin semu selalu melebihi kecepatan perahu dan kecepatan angin sebenarnya. Dengan berlayar pada sudut tertentu terhadap arah angin, dan dengan bantuan tekanan statis, perahu layar dapat mempertahankan daya dorong yang konsisten dan stabil, sehingga memungkinkan mereka mencapai kecepatan berlayar yang relatif tinggi.