Coanda effect

Paragraaf Voortgang:

Het Coanda effect is een stukje magie van de natuurkunde. Een zeilboot komt vooruit doordat het een luchtstroom afbuigt. Dat lucht van richting veranderd aan de binnenkant (loefzijde) van het zeil is nog te begrijpen. Maar dat de lucht ook aan de achterkant (lijzijde) van het zeil afgebogen wordt is toch wel gek. Je zou verwachten dat het zich daar niks aantrekt van het zeil aangezien het er niet tegenaan botst, maar er langs waait. Toch zal de lucht ook achter het zeil worden afgebogen. Om te illustreren wat er gebeurt kunnen we dit beter zichtbaar maken met stromend water, aangezien water beter te zien is dan lucht. Maar het werkt met alle stromende vloeistoffen en gassen.

De lepel in het filmpje stelt het zeil voor en je ziet dus dat stroming aan de buitenkant van de lepel aan de ronding blijft hangen en daarmee zelfs de lepel in de stroming trekt. Dit is wat we bij het zeilen ook zien. Aan loef duwt de wind doordat het afgebogen wordt door tegen het zeil aan te botsen. Maar aan lij trekt de wind aan het zeil door het coanda effect, of eigenlijk door de onderdruk die daardoor ontstaat achter het zeil.

Wat moet je weten?

Het is geen ramp als dit niet helemaal te volgen is. Het volgende moet je in ieder geval weten:
  • Zeilboten gaan vooruit, omdat we met de zeilen wind afbuigen.
  • Als de hoek van afbuiging te groot is, zal de wind het zeil ‘loslaten’ en daardoor ontstaat er minder afbuiging en is de kracht ook kleiner.
  • Door de lift die wordt opgewekt met de zeilen, ontstaat er een kracht op het schip die schuin naar voren is gericht.

Hieruit kunnen we een aantal conclusies trekken. De opsomming volgt nog een keer.

  • Zeilboten gaan vooruit, omdat we met de zeilen wind afbuigen, dus:
    • Als we geen wind afbuigen, gaan we niet vooruit. Als de zeilen ‘te los’ staan, wordt er minder afgebogen en is de kracht die ontstaat minder groot.
    • Er is één koers waar dit niet geldt: voor de wind wordt een boot door de wind vooruit geduwd, er is dan nauwelijks sprake van afbuiging.
  • Als de hoek van afbuiging te groot is, zal de wind het zeil ‘loslaten’ en daardoor ontstaat er minder afbuiging en is de kracht ook kleiner.
    • Als de zeilen ‘te strak’ staan, dan is de hoek die de wind moet maken te groot. Er is dan geen sprake meer van afbuigen, maar het zeil is eigenlijk een soort plank geworden die de wind probeert tegen te houden. De boot gaat niet meer zo hard vooruit, maar zal eerder scheef gaan en opzij.
  • Door de lift die wordt opgewekt met de zeilen, ontstaat er een kracht op het schip die schuin naar voren is gericht.
    • Dat kan ook niet anders, want een zeilboot vaart bijna nooit ‘rechtdoor’. Er is meestal sprake van verlijeren. Een zeilboot gaat vooruit maar ook een beetje opzij.

Vanaf hier wordt het ingewikkeld. Dit hoef je niet te kennen, maar het mag wel!

Wil je meer in detail weten hoe het zit met de krachten in het zeil, coanda effect en wet van Bernoulli? Bekijk dan deze uitleg van de TU Delft:

We gaan nog een keer de eigenschappen van lucht opnoemen, maar nu wat meer uitgebreid:

  • Een luchtstroom beweegt zich in principe rechtlijnig voort, zolang deze niet wordt gestoord door obstakels.
  • Door viscositeit kan een luchtstroming een object (vleugel, zeil, etc.) ‘volgen’. Als het object een te scherpe kromming of hoek vertoont, laat de stroom los en wordt hij weer rechtlijnig. De loslating is dan turbulent.
  • Wanneer een luchtstroom een ronding volgt, treden er veranderingen in de snelheid en druk op.
  • Hoe sneller de luchtstroom, hoe moeilijker deze een kromming zal volgen.
  • Hoe hoger boven de grond / het water, des te sneller lucht stroomt, omdat deze daar minder weerstand ondervindt.