नावेच्या मागचे एकच वल्हे पंखासारखे काम करते

कयाक, कनू आणि वल्ह्यांच्या होड्या पाणी मुख्यतः ओढीने (drag) ढकलतात: पाते पाण्यातून ओढले जाते, आणि परत आणण्यासाठी पाण्याबाहेर उचलले जाते. स्टर्न-स्कलिंग काहीतरी वेगळेच करते. एकच लांब वल्हे नावेच्या मागच्या फळीवरील (transom) एका खाचेत किंवा वल्ह्याच्या खुंटीत टेकलेले असते, आणि त्याचे पाते नेहमी पाण्याखाली असते. वल्हवणारा, सहसा मागच्या दिशेला तोंड करून, दांडा एका बाजूपासून दुसऱ्या बाजूपर्यंत फिरवतो, हात अनंताचे चिन्ह “∞” काढतात, आणि त्याच वेळी पात्याचा कोन ठरवण्यासाठी वल्हे त्याच्याच अक्षाभोवती पिळतो. हे तंत्र जगाच्या अनेक भागांत अजूनही वापरले जाते, पण त्याचा अभ्यास मुख्यतः मानववंशशास्त्रज्ञ आणि जैवयांत्रिकी तज्ज्ञांनीच केला होता. जी. रूदो (G. Roudaut, Tud Yaouank Ar Mor संघटना, लांपोल-प्लूआरझेल), बी. ओजिए (B. Augier, IFREMER) आणि एम. राबो (M. Rabaud, पॅरिस-साक्ले विद्यापीठ आणि CNRS) यांनी त्याकडे द्रव-यांत्रिकीची समस्या म्हणून पाहण्याचे ठरवले.

सेन्सरनी भरलेले वल्हे

त्यांची चाचणी-नाव 4.74 मीटर लांब, 1.63 मीटर रुंद आहे आणि रिकामी असताना तिचे वजन सुमारे 100 किलोग्रॅम आहे, तिला एक लांब उथळ कणा (keel) आहे — स्टर्न-स्कलिंग बऱ्यापैकी जड, कणा असलेल्या नावेसोबत सर्वोत्तम काम करते, कारण वल्हे नावेचे मागचे टोक आळीपाळीने डावीकडे आणि उजवीकडे ढकलते. कार्बनचे वल्हे 3.62 मीटर लांब आहे, त्याला एक मीटरचे लाकडी पाते आहे, ज्याचा छेद डावीकडून उजवीकडे सममित आणि अगदी किंचित वक्र आहे.

बलमापकांनी दांड्यावरील हातांचे बल आणि वल्ह्यावरील खाचेचे बल मोजले. दोन हालचाल-सेन्सरनी वल्हे आणि नावेचा तळ यांचा मागोवा घेतला, आणि GPS ने अंशांकित (calibrated) केलेल्या एका पॅडल-व्हील वेगमापकाने वेग मोजला. वल्हे हलके असल्याने, त्यावरील बले जवळजवळ संतुलित असतात, त्यामुळे पात्यावरचा पाण्याचा रेटा दोन मोजलेल्या बलांवरून काढता आला. दोन अनुभवी वल्हवणाऱ्यांनी प्रत्येकी शांत पाण्यावर नाव स्थिर अवस्थेपासून त्यांना गाठता येईल त्या सर्वाधिक वेगापर्यंत नेली.

एक पंख, मग एक रेटा

फटकाऱ्याचे चार टप्पे असतात: एका बाजूला फिरवणे, वल्ह्याला झटपट पीळ, दुसऱ्या बाजूला फिरवणे, पुन्हा एक पीळ.

फिरवण्यादरम्यान, पाणी पात्याला लहान कोनांत भेटते आणि त्यावरून सुरळीतपणे वाहते. पाते पंखासारखे काम करते, आणि उचल-बल नाव पुढे नेते. पंख-आकाराच्या एका प्रमाणित प्रोग्रामचा वापर करून पात्याच्या लांबीवर तुकड्या-तुकड्याने केलेली गणना एका क्षणी 35 न्यूटनचा रेटा देते, तर मोजलेला रेटा 31 न्यूटन.
पिळांदरम्यान, पाते क्षणभर प्रवाहाकडे तोंड करते. सामान्य ओढीने फक्त 2 ते 10 न्यूटन मिळाले असते, पण संघाने 20 ते 45 मोजले. हा फरक म्हणजे जोडलेले वस्तुमान (added mass): पाते जोरात त्वरण घेते आणि त्याला आपल्यासोबत पाण्याचे एक घनफळ हलवावे लागते. त्यांचा अंदाज, सुमारे 70 न्यूटन, मोजलेले बल स्पष्ट करण्यास पुरेसा आहे.

प्रत्येक चक्रात रेटा दोनदा शून्याजवळ घसरत असला तरी, चारही टप्पे नावेला पुढे ढकलतात. सेकंदाला 1.2 मीटरवर, सरासरी रेटा 19.4 न्यूटन होता. पात्याच्या डाव्या आणि उजव्या कडा आळीपाळीने अग्रकडा (leading edge) बनतात, ज्याला लेखक प्राणिजगतातील प्रणोदनाच्या तुलनेत अनोखे म्हणतात, कारण तिथे पर आणि पंख सहसा तीच अग्रकडा राखतात. नावेमागच्या प्रवाहात, प्रत्येक उलटण्याच्या वेळी सुटणारे भोवरे एक आडवीतिडवी रांग बनवतात, जी पाणी मागे वाहून नेते.

जलप्रवासाच्या वेगाला 65%

नावेला मिळणाऱ्या शक्तीला वल्हवणारा वल्ह्यात घालत असलेल्या शक्तीने भागल्यास कार्यक्षमता मिळते. ती कमी वेगाला वाढते, सेकंदाला सुमारे 1.2 मीटरवर 65 ± 5% चे शिखर गाठते, मग सेकंदाला सुमारे 2 मीटरवर सुमारे 25% पर्यंत घसरते. तुलनेसाठी, लेखक जहाजाच्या प्रोपेलरसाठी त्याच्या आराखड्यातील वेगाला आणि सर्वोत्तम पारंपरिक वल्हवण्यासाठी सुमारे 75% हा आकडा देतात.

वेग वाढल्यावर दोन गोष्टी बिघडतात, असे ते स्पष्ट करतात. पात्याचा कोन चांगला राखण्यासाठी, हात मानवी शरीराला सोयीस्कर असेल त्यापेक्षा जलद आडवे हलवावे लागतील. आणि पिळांदरम्यान वल्हे पुरेशा वेगाने मागे खेचणे कठीण होते — ते खाचेतून बाहेर निसटण्याचा धोकाही असतो. दरम्यान, नावेचा तळ स्वतःच त्याच्या क्रांतिक वेगाजवळ येतो, जिथे लाटा निर्माण करणे हाच मुख्य अडथळा बनतो: चाचणी केलेल्या कक्षेत लागणारी शक्ती दहा पटींनी वाढली, आणि सुमारे 300 वॅट निर्माण करत असूनही वल्हवणारे याहून जलद जाऊ शकले नाहीत.

अधिक चांगल्या वल्ह्याला वाव

मोजमापे सोपी ठेवण्यासाठी संघाने जाणूनबुजून एक ताठ वल्हे तपासले. खरे वल्हवणारे अनेकदा थोडी लवचीकता पसंत करतात, आणि लेखक सुचवतात की लवचीक पाते, अधिक लांब वल्हे किंवा खालच्या दिशेने वक्र पाते वेगात असताना अधिक चांगले कोन राखू शकेल. स्कलिंग-नावेसाठी आदर्श वल्ह्याची रचना करणे, असा त्यांचा निष्कर्ष आहे, “यात अनेक तडजोडी गुंतलेल्या असतात, ज्यात वल्हवणाऱ्याने निर्माण केलेल्या शक्तीचाही समावेश आहे.”