Kapitel 1:

Warum die einfache Lösung häufig falsch ist.

In der Natur greifen viele Dinge zu einem Ganzen ineinander. Vor einpaar Jahren war mir das egal . Unterdruck auf der Leeseite und schon wird das Schiff etwas 45 Grad gegen den Wind gedrückt . Wer inbedingt die Theorie dazu kennenlernen möchte : Das ist das Gesetz von Bernoulli oder so...

Auf Details : Welche Rolle spielt das Vorsegel, wie muß das Großsegel zur Fock angestellt werden, ging diese Theorie nicht ein . Außerdem wollte mir nicht in den Kopf dass Luvteilchen wegen des längeren Weges schneller sein sollen , als Leeteilchen 

Das klang nach Steinerscher Salonphysik, mit der Rudolf Steiner im Magiermantel im Berlin der 1910er die Damen beeindruckte .. Dank "Berlin weiß alles besser " fiel niemandem auf, dass es zwischen Weg und Geschwindigkeit keinen logischen Zudammenhang geben kann . Der Zudammenhang besteht zwischen Geschwindigkeit und Zeit . sie es  bis in die 70 er Jahre  in Schulbücher Jetzt  musst du dich nicht mehr fragen, weshalb so vieles , was angeblich mit dem  Gesetz von  Daniel Bernoulli zu tun haben soll ,schlichtweg falsch ist. Apropos Selbstverständnis : Das Heidelberger Professorenkollegium hielt  Daniel Bernoulli für eine Berufung nach Heidelberg  für  "nicht genügend kapabel."

Was nicht nur beim Segeln gesagt werden muß 

Ohne zu Rechnen, ohne zu wissen von welcher Größe die Rede ist , ohne Formel kommt man auch in der schönen neuen Welt mit KI nicht weiter  . Wer nicht lernt zu Fuß zu rechnen, der hat spätestens bei Navigationsaufgaben zum Sportbootführerschein See Probleme . Mit einem Universalschlüssel kannst du mehr als ein Schloss entriegeln.

Ob du dich für Segelboote , schräg gestellte Frühstücksbrettchen im Windzug, Flugzeuge,, Windräder,( Julia!) , Kreiselpumpen oder Propeller und Schrauben interessierst , Alles funktioniert nach dem gleichen Prinzip .

Segeln ist die  beste  Schokoladenhülle  der Welt.... mit Lebertranfüllung "Physik. "

Drei Dinge helfen immer : üben, üben , üben.  Viele "angehende Sportsegler" geben auf, wenn sie nicht gleich vorne dabei sind . Dabei heißt die Devise : Mach stur weiter,  bis es klappt . 

Wir wollen nicht nur Segeln, weil das so schön ist , wir wollen lebenslang lernen . Es ist nie zu spät , damit anzufangen. 

Wir gehen ganz klassisch davon aus, dass man Segeln und Fliegen mit einer Druckdifferenz zu beiden Seiten eines Profils erklären kann..

Seltsamerweise kann auch  auch ein profilloses angestelltes  Frühstücksbrettchen dynamischen Auftrieb in einer Strömung erzeugen . Und ein rotierender Zylinder kann das ebenso. 

Neuerdings bringt man mit Begriffen "upwash " und "downwash" die physikalische Größe Impuls und Impulsänderung ins Spiel.. Nicht jeder freut sich über neue Begrifflichkeiten  Deshalb vorweg . Ob Du den dynamischen Auftrieb über die Impulserhaltung, oder  den Druck erklärst , ist egal . Die unterschiedlichen  Größen stehen nicht im Widerspruch. Alles ist nur  nur eine Frage der Systemgrenzen . Lege ich um das Segel eine Haut als Grenze, oder betrachte ich einen Raum dessen Grenzen der unbeeinflusste Bereich  ist . Früher sagte man: "Alle Wege führen nach Rom ... " Da wusste man gleich wieder ,  dass die Römer den Straßen- und Wegebau erfanden. 

Der Druck...

beschreibt die Umgebung einer Sache . Der Druck hat keine Richtung Vielleicht ist das der Grund, weshalb sich schnell falsche Vorstellungen einschleichen  . Hinzu kommt der laxen Alltagssprachgebrauch ,der nicht zwischen Relativdruck (Bezugspunkt ist der der Umgebungsdruck )und Absolutdruck  ( Bezugsdruck ist Null bar )unterscheidet . Außerdem  wird durch  Gerätebezeichnungen wie Staubsauger  der Begriff "Saugen "  mit einem Angriffspunkt .auf der falschen Seite verbunden. Ohne Tampen der irgendwo angeknotet  ist , gibt es kein Ziehen.   Es gibt keinen negativen Absolutdruck. Der kleinste Druck herrscht , wenn nichts da ist , was Kraftstöße ausüben kann  .. Und sind wir bei der Größe Impuls. Denn der Gasdruck ist nichts anderes als die Workung von unendlich vielen Stößen von Gasteilchen . 

Die Umgebungsluft wird nicht vom Tief angesaugt ,sie wird vom Hoch gedrückt . Wenn  eine Pumpe es schafft auf der Unterdruckseite   0 Bar zu erzeugen, drückt der Athmosphärendruck mit ca 1 bar auf die Flüssigkeit im Steigrohr .Damit schafft die " Saugpumpe" bei uns ca. knapp 10 m Förderhöhe . Wenn du die Pumpe weiterlaufen lässt , produzierst du Wasserdampf . Die Siedetempetatur  von Wasser ist ohne Druck im Rohr und auf der Pumpenunterdruckseiten in Richtung Umgebungstemperatur gerutscht .Das kannst du mit einer Glasglocke und einer Vakuumpumpe aus der guten Physik - Lehrmittelsammlung  ausprobieren .  Vergiss  die youtubefilmchen . Dort ist alles so problemlos Wenn eine Kreiselpumpe rasselt , ist die Pumpenleistung für den Rohrquerschnitt   auf der Unterdruckseite zu groß. Oder jemand hat  an einen Schieber auf der Unterdruckseite gespielt und den Querschnitt verkleinert .

Impuls

Impuls heißt wöertlich übersetzt Einschlag . Wie stark eine bewegte Masse einschlagen kann, hängt von der Masse selbst ab und von ihrer Geschwindigkeit . In der Bewegung wird Einschlagfähigkeit gespeichert .Steht ein Hindernis im Weg, wird der Impuls weitergegeben . Wenn man Luftteilchen sichtbar macht kann man an den Bahnen erkennen , wo Impulsänderungen auftreten . Impulsänderungen sind spannend . Sie zeigen an, daß hier Kräfte am Werk sind . 

Vorsicht vor einseitigen Geschichten 

Wenn man sich nur  mit dem Segel beschäftigt, darfst du nicht vergessen : Ohne Schwert und Ruder bringt der stärkste dynamische Auftrieb am Segel nix . egal ob durch Druck oder Impuls verursacht

Foils zeigen uns, wo die Reise hingeht . Kiel  Schwert und Ruder  verhindern , dass es einem  Segelboot genauso geht , wie einer Cessna mit nur einem Flügel. Unter Wasser wird das gleiche Theater gespielt wie über Wasser, nur mit ca. 800 mal so hoher Dichte. Du musst das Boot immer als Ganzes betrachten . Unterwasserschiff und Segel müssen zueinander passen . Bei Jollen kannst du mit dem Schwert "spielen " , wenn die Windstärke das erfordert .

In der Praxis geht es um folgende Fragen :  

Wovon hängt die Kraft auf ein Segel ab   ? 

 Wo greift  bei einem Segel die größte Kraft an ? 

Dann geht es unter Wasser weiter

Ist dort ein Kurz oder ein Langkiel angebolzt .

Welche Kräfte entstehen im Untergeschoß Besonders spannend sind extreme Kurzkieler mit großer Länge . Ihre Wirkung hängt nicht mehr von der Fläche, sondern nur noch von der Länge ab. Bei hohen Bootsgeschwindigkeiten erlauben sie sich extreme Kurse hoch am Wind .Bei Flaute drehst du sagen Prouetten bei einer kräftigen Ruderbewegung 

Wir erinnern uns : Auch ein schräg angestelltes Frühstücksbrettchen erzeugt dynamischen Auftrieb . Kiel und Schwert sind  aber genau in Längsachse montiert und nicht ausgestellt wie die Segel !  Im Prinzip ja ... Tuckert bei der LM 24 der Motor, ist der Anstellwinkel des Kiels zur Fahrtrichtung null. . Unter Segel driftet sie ab . Schon haben Kiel und Ruder ihren Anstellwinkel.

Wir haben von Druck gesprochen und den Impuls angeschnitten . Was verbindet die beiden ? Die physikalische Größe Kraft. Also machen wir es uns einfach und gehen  nicht vom Druck und nicht vom Impuls, sondern von  der Größe Kraft aus. Die Kraft ist eine Größe mit Richtung .

Kraft : Auf die Dauer hilft nur power.

Die Frage wovon die Kraft auf ein Segel abhängt  , kann jeder grob beantworten ,

Von der Windgeschwindigkeit .Genauer ist schon : von der Windgeschwindigkeit zum Quadrat . Genauso wie der Luftwiderstand .

Wollte man die Leistung berechnen, müsste man das mit v hoch 3 tun.

70 Prozent Windstärke bringen 50 Prozent Kraft und 35 Prozent Leistung .

Newton

Isaak Newton hat entdeckt , dass Kräfte auf Teilchen die Geschwindigkeit dieser Teilchen ändert .

Das heißt

1. Die Teilchen werden langsamer oder schneller 

2. Die Teilchen ändern ihre Richtung  ! 

Teilchen, die die  Richtung ändern, bewegen  sich auf einer Kurve  Jeder Kurvenabschnitt ist Teil einer Kreusbahn .

Je enger der Kurvenradius sein soll, umso größer muss die Kraft sein,, die die Teilchen auf der Bahn hält weil die Geschwindigkeitsänderung genauer  die Beschleunigung bei kleinen Kurvenradien größer ist . 

Jeder Kubikmeter Luft hat die Masse 1,2 kg. Bei engen Kurvenradien müssen  ganz schön große Kräfte ran,  um sie bei höheren Geschwindigkeiten auf der Bahn zu halten .  Die Frage ist jetzt , welches Segel der Chef an Bord der der TAM TAM sein wird :  Fock oder das Groß . Du kennst die Antwort

: Das Segel, das mehr ablenkt , die Fock .

Sie wird nicht von einem Baum gestreckt sondern von einem schräg  verlaufenden Schotzug . Dadurch wird ihr Profil runder und zwingt die Luft auf eine runde Bahn . Sie steht  auf der Kreuz direkt im  Wind, das Großsegel duckt sich dahinter ab ,  Das heißt du musst es möglichst aus dem Windschatten der Fock herausbringen Mir passiert es ständig, dass ich das Großsegel nicht dicht genug nehme. Die Ausrede : Ich will es durch zu hohen Zug nach unten nicht vertrimmen, sticht nicht so ganz : Es gibt nicht ohne Grund Zugdreiecke, Traveller, Bügel ..........

Berechnung der Auftriebskraft 

In einer engen Kurve darfst du dich beim Autofahren über die Haftreibungskraft freuen , die ein Geradeausfahren deines Autos in der Kurve verhindert,

Die Männer und Frauen der Straßenmeisterei  freuen sich weniger. 

Der Straßenbelag erfährt bei jeder Kurvenfahrt eine Kraft mit dem gleichen Betrag  wie das Auto,  nur in entgegengesetzter Richtung .   

 Die Kraft des Auftriebs auf das Segel ist  die Reaktion auf  die Kraft,  die den Wind ablenkt.

Isaak Newton erklärt uns also schon zwei  Dinge, die zum effektiven Segeln wichtig sind. 

1.  Segeln müssen  möglichst bauchig eingestellt werden , um viel Kraft zu  entwickeln. 

2.  Der Wind muss abgelenkt werden und darf nicht "ausbrechen". 

Dies hat man etwa 1910 entdeckt ...

Die Teilkräfte  auf den  Wind zeigen  auf das Segel zu, die Kräfte auf das Segel vom Segel weg  . Eine Abschnittskraft kannst du mit der Formel berechnen 

F a 1 = m • v • v / r  ( die Formel gilt auch beim Auto) 

v ist die jeweilige Geschwindigkeit auf der Teilchenbahn  und r der jeweilig angenommene  Krümmungsradius. 

Die Kraft hat den Namen Zentripedalkraft . 

Für die KI im Internet heißt die Zentripedalkraft : Zentrifugalkraft . Zentrifugalkraft ist aber etwas ganz spezielles  . Sie ist eine Kraft die nur in beschleunigten Systemen  auftritt . Das heißt , der Beobachter dieser Kraft muss mitbeschleunigt werden . Wir betrachten aber das Segel von außen und sind dabei in Ruhe .

Die Formel zur Berechnung   der dynamischen Auftriebskraft  entspricht übrigens  der Formel , die wir von der  Berechnung der Windwiderstandskraft kennen . Anstelle des Cw Wertes  bei der Reibung  wird ein cA Wert eingesetzt für den Auftrieb eingesetzt . Ist das nicht genial schräg  ! Heißt dies doch : Gäbe es keine Reibung, gäbe es auch keinen dynamischen Auftrieb !  Wehe bei einem Flugzeug reißt der Ort , wo sich die Reibung abspielt : die Grenzschicht !  Beim Segel ist es nicht ganz so dramatisch .Es sei denn du willst eine Regatta gewinnen . Wenn meine Meinung hören willst und über unbegrenzte  finanzielle Mittel verfügst : Kauf dir keine durchgelatten Segel , sondern hauchdünne . ... 

Zurück zum Thema : 

Der cA Wert ist abhängig vom Anstellwinkel und der Form .  Je mehr das Segel angestellt wird , desto größer ist der Wert. Dies gilt bis zu einem Punkt, wo der Strömungsabriss ergolgt . .Mit A als wirksame Fläche und to als Luftdichte  ergibt sich die Kraftformel

Fa = 1/2  cA  • ro  • A • v  • v .

Wenn du gegen den Wind aufkreuzt, beträgt die Widerstandskraft nur einen Teil der Auftriebskraft .  Vor dem Wind ist es umgekehrt .

Bei  catgetakelten Booten wie dem Laser (mit frei schwenkbaren  Mast ) kannst du durch nach vorn  Kippen des Baums  und Luvkrängung zur Stabilisierung auch auf Vorwindkurs den Auftrieb mitnehmen . 

Die Windwiderstand   zeigt in Richtung des scheinbaren  Winds .

Die Widerstandskraft kann den Auftrieb weder vergrößern , noch verkleinern .Die Auftriebskraft muss also senkrecht zur Widerstandskraft gerichtet sein . 

Der Proportionalbeiwert cA in der Formel hängt ab vom Anstellwinkel des Segels und der Segelform .  Das Spiel beginnt bei normalen Segeln nicht bei Null. 

Mit einem Modell mit Kraftmesser könntest du Versuche zum Anstellwinkel machen .  In kleinsten Schritten wird der Anstellwinkel vergrößert . Die Kraft wird dabei immer größer, bis der  Abrisspunkt der Grenzschicht erreicht ist. In der Praxis musst du beim Anstellwinkel  der Segel oft Kompromisse eingehen , weil  eine Komponente der Auftriebskraft , die Querkraft das Boot krängt . Krängung sieht sportlich aus, ist aber eine physikalische Katastrophe. 

Ein schwieriges Kapitel ist die Segelwölbung . Mit der Auftriebsoptimierung vergrößert du den  bootsgeschwindigkeitsabhängigen Widerstandswert . 

Wann kreuzt  du also mit vollem Segelbauch auf ?  bei Gegenstrom oder Welle .

Nimmt die Fahrt in glatterem Wasser zu , steigt durch den Fahrtwind  der Reibungswiderstand am Segel.  Jetzt musst  du flacher trimmen , um die Windkraft zu nutzen.

Das Problem in der Praxis ist, wie man die Tiefe des Segelbauchs verändert .

Bei geklebten Segeln ist er ohnehin festgelegt . 

Bei allen anderen muß der Mast für viel Segelbauch gerade bleiben . Im unteren Drittel des Großsegels kannst du mit dem Unterliekstrecker arbeiten Aber nur, wenn du ein freies Unterliek fährst . Segel mit Unterliekkeder sind zwar schneller, aber nur wenn sie funktionieren: das heißt das Unterliek muss aus einem weichen sackigen Material bestehen und das Keder müsste reibungsfrei in der Großbaumnut laufen . Das große Problem in der Praxis . Die Reibungskraft auf das Segel verändert sich entlang des Großbaums . Und des Masts !. Am Mast kannst du das mit der Cunningham kompensieren. Die Kraft auf das Segel wird dadurch nicht größer, sondern nur besser  entlang des Lieks verteilt . 

Wir werden aber sehen : das Großsegel wird übeschätzt. Liebäugle mit Segeln mit fliegendem Unterliek 

Danke für deine Zeit und dass du hierher durchgehalten hast. Du bist robust und verträgst auch kalte Duschen.

Kapitel 2

Der erste Staupunkt 

Ein Boot mit den beschriebenen Angiffskräften würde segeln wie ein Bündel Stroh : Es würde sich  vor den Wind drehen Genauso wie ein Flugzeug mit einem Flügel sich wie ein Propellersamer im Kreis dreht.

Warum ? 

Wir haben beim Segelboot den zweiten Flügel vergessen Jeweils zweite   Flügel ,sind  Svhwert , Kiel und Ruder je nachdem, ob du einen Kurzkieler oder einen Langkieler segelst , hast du ein Unterwassersegel einmal "mit Fock "und einmal "ohne Fock" mit riesigem "Großsegel". 

Bernoulli , aber  richtig 

Woran erkennst du den falschen Bernoulli ? 

Wenn es um Segel  geht und jemand erklärt dir die Effekte mit Bernoulli, liegt er zunächst einmal daneben. 

Die Anziehung von zwei Löffel im Wasserstrahl lassen sich mit Newton erklären : Die Löffel lenken das Wasser ab , das Wasser die Löffel.

Die im Internet gezeigten Versuche zum Bernoullischen Gesetz haben viel mit dem Segeln zu tun, aber nichts mit Bernoulli .

Erster Versuch 

Die zwei Coladosen 

Jemand stellt zwei Coladosen nebeneinander und pustet in die Lücke . Die Dosen bewegen sich aufeinander zu .

Erklärung : Bernoulli , Strömung Unterdruck .  Nur stimmt das leider nicht. 

Nimm zwei rechteckige Dosen und es passiert nichts . 

Die richtige Erklärung wäre :   Zentripedalkraft auf die Luft , entgegengerichtete Kraft auf die Dosen..

Die Luft wird durch Adhäsionseffekte (Anhaftung aufgrund  von Anziehungskräften ) an die Dosen gezogen und muss sich im Kreis um die Dosen bewegen. Kreisbewegungen von Teilchen gibt es nur , wenn auf jedes Teilchen eine zum Kreiszentrum gerichtete Kraft, die Zentripedalkraft wirkt  . 

Die Reaktionskraft muss auf die Dosen wirken und zwar von jedem Dosenmittelpunkt auf die andere Dose zu. 

Der Klassiker unter den Kindergartenversuchen zu Bernoulli ist das aufsteigende Blattende .

Der Zauberer  hält einen Blattanfang horizontal  vor die Unterlippe. Das Blatt biegt sich durch zeigt  in einer Kurve abwärts .

Jetzt pustet der Zauberer und das Blattende hebt sich an.

Wir sparen uns die falsche Erklärung .

Richtig ist wieder der Anhafteeffekt, die Zentripedalkraft auf den Luftstrom und die Gegenkraft auf das Blatt.

Puste nur entlang einer Seite eines horizontal herabhängenden Blattes ohne Krümmung und es passiert nichts . 

Die  Versuche zeigen  wie wichtig die Segelwölbung für die Kraftentwicklung ist. 

Nur musst du aufpassen, 

Viel Kraft auf das Segel heißt auch viel  Querkraft.

Einige Segelerklärer erzählen Märchen von  Querkraft und Reibung . 

Das ist leider falsch .

Die  Windreibung wirkt immer in Richtung des scheinbaren Winds .

Richtig ist : Die Querkraft ist eine Komponente der Auftriebskraft..

Daniel Bernoulli und das Segeln 

Während Newton sich auf das neue Verständnis der Kraft auf feste Körper  konzentrierte ,  nahm sich Daniel Bermoulli der Fluide an . 

Initiator war der italienische Experimentalphysiker  Torrocelli, der sich über die Auslaufkurve aus Gefäßöffnungen wunderte . Das ist die Kurvenform die du siehst , wenn du ein gefülltes Faß auf den Tisch  stellst und das Spundloch öffnest . Fülle jetzt verschiedene Flüssigkeiten in das Faß und du bist ganz bei Toricelli .

Die Ermittlung der Auslaufgeschwindigkeit ist  keine Raketentechnik wenn man den Begriff Energie der Lage kennt und das Umwandlungsprinzip von Lageenergie in Bewegungsenergie . 

m•g •h = 1/2 • m• v•v 

Am oberen Flüssigkeitspegel ist ganz viel Lageenergie und keine Bewegungsenergie .

Am Auslauf keine Lageenergie und  100 % Bewegungsenergie .

Das war Torricelli klar , aber er dachte weiter . Die Masse m kürzt sich raus und es ergibt sich 

v = Wurzel (2•g•h) 

Wenn das  so einfach wäre, müsste es im Fass längs eines "Flüssigkeitsfadens" von oben nach unten eine Geschwindigkeitszunahme geben .Ein Faden wird schneller und überholt die anderen . Das  bekommt ein Wasserfaden aber nicht hin! 

So wurde das Fadenproblem  ein Fall für Daniel Bernoulli . 

Bernoulli war ein Mathematiker , der sich außerhalb der Elfenbeintürme wohlfühlte. 

Das Problem mathematisch zu lösen kam Daniel  Bernoulli gerade recht  Hatte er doch just zusammen mit Euler die Rechenoperation Integrieren erfunden . Was kannst du mit dieser Operation anfangen  ? 

Du kannst Z.B Arbeiten durch " Flächenbestimmung" ermitteln, wenn du festlegst , dass es zwischen einer Koordinatenachse und der Funktionsdarstellung positive und negative Flächen gibt, je nachdem wie die Fläche zur Achse liegt .

Dank Integralrechnung konnte Daniel  Bernoulli die Arbeit berechnen  die für die die Austrittsgeschwindigkeit   notwendig ist . Dafür verfolgte er einen Flüssigkeitsfaden von oben nach unten . 

Was sagt uns das ? 

1, Das Gesetz von Bernoulli gilt für geradlinige  Bewegungen . 

2. Das Gesetz von Bernoulli berücksichtigt keine Reibungsverluste 

Der Schlüssel zu Bernoulli : Der Staupunkt  

Andernfalls machen wir weiter mit einem Experiment im Kopf

Vereinfachen wir das Auslaufgefäß und bringen das Spundloch unten an .

Wir sehen : In der engen Spundöffnung sind die Teilchen schneller als oberhalb 

Entscheidend für das  Schnellerwerden  von Fluidteilchen  ist der Staudruck .

Punkte , an denen der Staudruck herrscht ,heißen Staupunkte . Entscheidend ist : Im Staupunkt ist die Auslaufgeschwindigkeit Null 

Nächste Überraschung beim Satz von Bermoulli : 

Druck   ist die Ursache , die Geschwindigkeitszunahme die Wirkung  ! 

Immer noch wird das falsch interpretiert, weil es einmal falsch im Gehrtsen Kneser stand. 

Erst nach 1910 hat man sich ernsthaft mit Strömungen beschäftigt und copy und Paste gab es schon in den 60 er Jahren. 

WAS löste 1910 die Revolution aus ? 

Der Strömungskanal wurde erfunden !

Man konnte  Strömungsfelder zeichnen ! 

Staupunkte eintragen ! 

Und wo liegt ein Staupunkt ? 

 Dort wo sich die Anströmung  in  zwei Wege, den Luvweg und den Leeweg aufspaltet  ! In diesem Aufspaltpunkt können keine zwei Geschwindigkeiten existieren . Also  ist dort die Geschwindigkeit  Null und der Druck maximal  ! 

Hinter dem Staupunkt werden die  Teilchen beschleunigt . Das noch  nichts mit der höheren Geschwindigkeit der Luft in Lee zu tun. . 

Im Gegenteil : Wo ein Staupunkt durch Trennung existiert , muss es auch einen Staupunkt beim Vereinigen  geben .

Wenn man schon mal dabei war,  hat man Bernoulli zum Schweizer Tschenmesser gemacht, für alles was man sich  nicht erklären konnte . 

Der Satz von Bernoulli hat auch nichts mit längeren Wegen zu tun .

Segel und Flugzeugflügel können hauchdünn sein und funktionieren trotzdem. Im Recht zu behalten hat man in den 60 ern eine riesige Fehlerlawine losgetreten und damit das gesamte Bildungswesen begraben. 

Kurzum : Du kannst beim Segeln und Fliegen mit Bernoulli argumentieren , wenn du ihn richtig anwendest 

Kapitel 3

 Jetzt kommt deine Aufgabe ! 

Nimm einen Stift und ein Lineal und zeichne auf ein DIN A4 Blatt mindestens 4  parallele Schiffsmittelinien im Winkel von 45 Grad  . Der Wind weht von oben nach unten

Ein Punkt an der Spitze soll das Vorstag sein . Jetzt zeichnest du 4 Focksegel ein Variiere , groß klein wenig Bauch, viel Bauch 

Jetzt trägst du  von Achtern beginnend die Luv und Leeumströmung ein und bestimmst den Treffpunkt  für dein Segel, wo sich Luv und Leeströmung  aufspalten . Hier legt der Staupunkt deines Segels .

Zum Schluss interpretierst du  Vor  und Nachteile der verschiedenen Focksegel .

DAS BEKOMMEN  WIR HIN ! 

Du siehst , je bauchiger und größer die Fock ist , desto mehr rutscht der Staupunkt nach Luv . Das heißt , du  verschiebst  das Vorstag höher an den Wind . Ob du in dieser Richtung  fahren kannst, ist eine andere Frage, denn Segelboote fahren nicht wie Motorboote durchs  Wasser. Segelboote rutschen durchs  Wasser. So wie wir früher auf vereisten buckeligen Straßen im Winter mit Anlauf Richtung Bordstein rutschten , rutschen Segelboote nach Lee. Durch dieses zur Seite Driften entsteht ein " Unterwasserwind".

Der Wind über Wasser fällt in einem Winkel von ca. 45 Grad von Luv aus auf der Kreuz  ein, der Untetwasserwind unter dem Abdriftwinkel aus Lee. .

Jetzt kommtbes darauf an, ob du einen Kurzlieler oder einen Langkieler segelst , denn es gibt mehr als einen Staupunkt 

Jetzt haben wir uns ein Experiment verdient .

Du brauchst : 

Einen kräftigen Föhn 

Einen Tischtennisball 

Du stellt die Frage : 

Was passiert , wenn ich einen Tischtennisball in den Luftstrom eines Föns werfe ? 

UM DAS ÜBLICHE Schweigen aufzulockern ,  schiebst du gleich nach : 

Wie weit in etwa wird er fliegen ? 

Offensichtlich wird der Ball wegfliegen. 

Was passiert jedoch wider Erwarten ? 

Der Ball bleibt im Luftstrom  hängen

.Unter dem Ball bildet sich ein Staupunkt , der die Gewichtskraft kompensiert und gleichzeitig   die Luft um den Ball beschleinigt. 

Über dem Ball bildet sich ebenfalls ein Staupunkt , wo die Luftströme sich wieder vereinigen 

Die beiden Staudrücke nehmen den Ball in die Zange .

Mit einem starken Föhn kannst du wagemutig werden und den Ball schräg anstrahlen 

Dies höhere Geschwindigkeit in Lee ist tatsächlich  eine Folge der Viskosität der Luft . Luftteilchen haften am Segel an . Das bedeutet . 

Liftteilchen die in Luv auf das Segel,gedrückt werden, wollen sich  am  Achterliek nicht vom Segel verabschieden . Sie erfahren den geringeren Druck auf der Leeseite und rutschen dadurch am Segel anhaftend in regelmäßigen Zeitabständen in Richtung Bug . Mit Windfäden am Achterliek kannst du dies im oberen Segelbeteich beobachten wo die Antriebskräfte größer sind, als im unteren Bereich . 

Das gleiche passiert  unter Wasser . 

Dort hast du  die Leeseite des Unterwasserwindes auf der Luvseite des Windes . 

Was passiert  mit den jeweiligen Luvteilchen, die dank ihrer Viskosität sich an ihrem Hindernis festkrallen ? 

Sie stoßen mit Leeteilchen zusammen, die sich gerade vom  Hindernis ablösen  

Dadurch entstehen Wirbel  der sich gerade lösenden Teilchen . .Um in Erfahrung zu bringen was passiert , wenn plötzlich eine Kreisbewegung in einem System entsteht, setzt du dich am besten auf einen Drehschemel .. Der Schemel hat eine vertikale Drehachse . ...

Wie bekommen wireine Drehbewegung in das System ! 

. Am einfachsten gibt ihr jemand eine sich drehende Fahrradfelge in die Hand , ebenfalls mit vertikaler Drehachse .

Pass auf, dass es dich nicht vom Schemel haut . Wenn sich dje Felge im Uhrzeigersinn dreht , drehst du dich auf dem Schemel ruckartig gegen  den Uhrzeigersinn  . Man nennt dieses  Phänomen Drehimpulserhaltung . Dein Drehimpuls war vor der Felgenpbergabe Null und er bleibt auch  nach der Felgenpbergabe Null . Weil sich ein gleich großer entgegengerichteter Drehimpuls bildet. Durch deine Dtehbewegung auf dem Schemel 

Beim Segel und unter Wasser beschreibst du dieses Phänomen mit dem Begriff Umlaufwirbel .

Durch den Richtungssinn dieses Wirbels wird die Luft in Lee schneller und die in Luv langsamer 

Wir müssen zurück zum Tischtennisball . Da er symmetrisch aufgebaut ist, kommt er nicht aus der Umklammerung frei .

Beim Segel kannst du diese Umklammerung  öffnen, indem der hintere Staupunkt abgespült wird Das ist der ganze Trick ! 

Unter Wasser kann der Kurzkieler Staupunkte besser abspülen als Langkieler 

Je kürzer der Kiel ( in  Längsrichtung gemessen !!!!) desto länger muss er sein .

Irgendwann hast du einen schlanken Körper der jede Menge dynamischen Auftrieb erzeugen kann . 

Wie funktioniert das  mit dem Abspülen der Staupunkte ?

Den Trick haben die Ingenieuren der Fieseler Werke im zweiten Weltkrieg entwickelt  Sie entwickelten den Fieseler Storch , ein Aufklärungs- und Sanitätsflugzeug . Der Storch konnte gegen die Windrichtung im Wind stehen und brauchte zu. Landen nur eine Waldlichtung in die man das Flugzeug, gegen den Wind stehend, absinken ließ .

Entscheidend für den großen Auftrieb sind 3 Teile 

1, Der anstellbare Vorderflügel 

2. der Luftspalt zwischen Vorderflügel und dem hinteren Flügel 

3 .ds Auftriebshilsmiitel , der hintere Flügelteil .

An was erinnert das ?

An die Fock,

den Zwischenraum zwischen.Fock und Groß, 

an den langen schmalen (Kurz) Kiel 

an den Zwischenraum zwischen Kiel und Ruder für  Strömung in flachem Winkel .

Du erzeugst über und unter  Wasser Auftrieb . BEIDE Auftriebskräfte besitzen eine Komponente in Fahrtrichtung . .

Beim Langkieler fehlt der Spalt, der mithilft den achterlichen Staupunkt ständig abzuspülen.

Bei wenig Wind und geringer Fahrt haben sie aber den Vorteil, dass sie Kurs halten und nicht seitlich abtreiben. Wenn du mit einem Kurzkieler .

Wenn du viel dynamischennYuftrieb erzeugen willst , musst du möglichst verhindern, dass sich am achterlichen Segelende ein stabiler Staupunkt  bildet .

Das bekommst  du mit unterschiedlichen Anstelkwinkeln von Fock  und Großsegel hin .

Du musst das Großsegel so stellen, dass es die Strömung von der Fock aufnimmt , also enger als die Fock. 

Duper dass du bis hierhin durchgehalten hast .

Dasvhadt du geschafft ohne Bilder 

Wie profitierst du von dieser Entwicklung ! 

Ein leichtes Abfallen mit dem Ruder zum Geradeaussegeln ist bei einem hohen  Kiel bzw. Schwert  entgegen der traditionellen Anschauung alles andere als schädlich. Entscheidend ist die Höhe  des Kiels .Je schmaler aber dafür höher Kiel, bzw Schwert bei konstanter Fläche sind , desto krasser ist der Effekt  . Das Boot bleibt nämlich dann auf geradem Kurs , wenn du es leicht luvgierig getrimmt hast und gleichzeitig abfällst .Effekt: Du segelst schneller geradeaus und kommst dann höher an den Wind. Wir nennen diesen Effekt einmal Kurzkieleffekt . Die Bezeichnung kurz bezieht sich auf die Richtung Bug.Heck .

• Das Ruder wird damit zu einem Auftriebshilfsmittel unter Wasser.Der Vorflügel bzw, Aufzriebsverursachef ist der Kiel bzw.das Schwert .
• Das gilt für Kurzkieler bei denen die große Lücke zwischen  Kiel und Ruder bei Amwindkurs für die Unterwasserströmung  entsprechend eng wird .
• Langkieler funktionieren ganz anders. 

Eine gute Fock und ein gutgeformter Kiel evtl. wichtiger als das Großsegel  (

Mit   einer guten Genua kommst du hoch an den Wind . Mit einem gut geformten Kiel und dem leicht angestellten Ruder wirst du schnell . Voraussetzung ist : Das Boot ist luvgierig. 

Zusammenfassung 

Den " Segeleffekt" und der "Kieleffekt"  kannst du zu einer  Antriebseinheit  " zusammenfassen Es gibt beim Unterwasserabtrieb  genausoviele Unterschiede wie bei den Segeln .Denk an die Foils Beim Kurzkieler, ausgestattet  mit einem  schmalen tief ins Wasser ragenden  Kiel, ist der Kieleffekt ausgeprägter als  beim Langkieler Nicht umsonst spricht man  von einem Performancekiel bei der VA18, der Bente, und  anderen.  . 

Performance ist die Effektivität , die sich bei Segelbooten aus der Kursstabiität und der Bootsgeschwindigkeit zusammensetzt  .   Das Zusammenwirken von Über und Unterwasserantriebn bedeutet : Bereits beim Mastausrichten mußt du an den Kiel oder das Schwert  denken Luvgier tut gut  .Als Referenz habe ich die Varianta 18 gewählt..Beim 510er einem der ersten Boote das nach dem 2. Weltkrieg mit dem "Kriegsmaterial" GFK gebaut wurde., verhält es sich übrigens ähnlich .