Segeltheorie
Warum segelt ein Schiff? Was ist Vortrieb und welche Rolle habender Wind und Segel?
Die Antwort auf diese Fragen liefern die physikalischen Grundannahmen von Newton und Bernoulli:
Newton: Durch Abbremsen von Luftmassen wird Antrieb erzeugt. Je mehr Widerstand dem Wind entgegengebracht wird, desto größer ist der Vortrieb.
Bernoulli: Strömt Luft durch ein Rohr mit einer Verengung, dann beobachtet man, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Bereich der Verengung erhöht und der Druck abnimmt.
Das Funktionieren eines Tragflügels bei einem Flugzeug lässt sich gem. der Bernoullischen Gleichung wie folgt erklären: Auf der Oberseite eines Flügels strömt die Luft schneller als auf der Unterseite (ähnlich wie bei dem verengten Rohr). Der Druck nimmt auf der Oberseite demzufolge ab und der Flügel wird nach oben gezogen.
Das Funktionieren eines aufrecht stehenden Segels in der Strömung der Luft lässt sich analog zur Tragfläche erklären, nur das die Wirkrichtung horizontal ist, statt der vertikalen Richtung wie beim Flugzeugflügel.
Das Segeln lässt sich demnach so betrachten:
Segeln ist die Fortbewegung von Schiffen unter Ausnutzung des Windes mit Hilfe eines oder mehrerer Segel. Die Aerodynamik des Segelns ist zwar nicht ganz so einfach zu erklären, aber im Ansatz soll hier doch der Versuch unternommen werden.
Das Segeln lässt sich demnach so betrachten
Segeln ist die Fortbewegung von Schiffen unter Ausnutzung des Windes mit Hilfe eines oder mehrerer Segel. Die Aerodynamik des Segelns ist zwar nicht ganz so einfach zu erklären, aber im Ansatz soll hier doch der Versuch unternommen werden.
| 1. Vor dem Wind wirkt ein Segel durch seine relativ große Fläche einfach als Windfang und bringt so direkt Vortrieb (wir segeln vor dem Wind). |
| 2. Schwieriger zu erreichen ist dagegen eine ordentliche Anströmung, dass heißt, das Segel wird durch seine Stellung im Rigg und den Winddruck gewölbt, entwickelt dabei die Eigenschaften einer Tragfläche mit einem nach vorne gerichteten Sog an seiner Außenseite (wir segeln am Wind bis raumschots). Dazu gehört allerdings ein möglichst vorteilhafter Trimm des Segels, d.h. das Segel muss möglichst optimal in die Luftströmung eingebracht werden. Es darf sich nicht verziehen und keine Falten oder Beulen zeigen. Leedirken oder Backstagen dürfen nicht in das Tuch einschneiden und die Wölbung sollte konstant vorhanden sein, ohne Flattern oder „Killen“ des Segels. Jede Verwirbelung der Strömung ist von minderndem Effekt für den Antrieb des Schiffes. |
3. Als drittes ist ein Staustrahleffekt zwischen den Segeln möglich – die Luft strömt wie durch eine Düse. Darum haben Rennboote oft Segel, die sich weit überschneiden.
Durch die entstehenden Kräfte bewegt sich das Schiff sowohl zum Nutzen nach vorne (Vortrieb) als auch nutzlos seitlich (Versatz).
Experiment: Wasser fließt mit normaler Geschwindigkeit aus dem Hahn. Wir halten wir einen Löffel lose mit zwei Fingern mit der Wölbung zum Wasser. Trifft nun das Wasser auf den Löffel erhöht sich die Fließgeschwindigkeit deutlich (Gesetz von Venturi), der Druck sinkt (Gesetz von Bernoulli) und der Löffel wird in den Wasserstrahl gezogen.