Segeltheorie

In diesem Kapitel beschäftige ich mit der Frage, warum ein Segelboot überhaupt vorwärts fährt. Wer sich nicht so sehr für die Theorie interessiert kann diese Seite überspringen und gleich mit den Kursen zum Wind weiter machen.

Die Frage ist, wie funktioniert Segeln eigentlich. Warum bewegt sich das Boot vorwärts. Es wirken dabei zwei Kräfte, der Vortrieb durch Widerstand und der Vortrieb durch Auftrieb. Stellen Sie sich vor, sie stehen auf einem Surfbrett mit dem Rücken zum Wind und spannen vor sich einen großen Regenschirm auf. Der Schirm bietet dem Wind Widerstand und der Wind wird Sie vor sich herschieben. Das ist der Vortrieb durch Widerstand. Je größer der Schirm, desto stärker der Schub. Das funktioniert auch mit dem Segelboot, wenn wir das Heck zum Wind stellen und die Segel ganz weit öffnen.

Vortrieb durch Widerstand

Vortrieb durch Widerstand

Wenn Sie sich jetzt mit dem geöffneten Regenschirm weiter nach links oder rechts drehen, kommt der Wind von schräg hinten. Auch hier funktioniert der Vortrieb durch Widerstand noch. Mit etwas Geschick auf dem Surfbord fahren Sie sogar nach schräg vorne. Drehen Sie sich aber weiter, so dass der Schirm im 90 Grad Winkel zum Wind steht, können Sie nichts mehr beeinflussen. Der Wind geht am Schirm vorbei. Sie werden einfach wieder in die Richtung geschoben, in die der Wind bläst. Sie driften ab.

Vortrieb durch Aufrieb

Vortrieb durch Auftrieb

Hier beginnt beim Segelboot der Vortrieb durch Auftrieb. Je weiter es an den Wind herangeht, desto flacher werden die Segel gefahren. Dadurch bildet sich ein aerodynamisches Profil im Segel. Von oben gesehen sieht es so aus wie eine Flugzeugtragfläche und funktioniert auch so. Der Wind strömt am Segel entlang.

Die Druckunterschiede in Luv (Überdruck durch Verzögerung der Luftströmung) und Lee (Unterdruck durch Beschleunigung der Luft-strömung) wirken als Gesamtkraft = Auftrieb

Die Druckunterschiede in Luv (Überdruck durch Verzögerung der Luftströmung) und Lee (Unterdruck durch Beschleunigung der Luft-strömung) wirken als Gesamtkraft = Auftrieb

Dabei wird die Luftströmung an der Luvseite (dem Wind zugewandt) verzögert und an der Leeseite (dem Wind abgewandt) beschleunigt. Der hierdurch in Luv entstehende Überdruck und der in Lee entstehende Unterdruck wirken als Gesamtkraft in die gleiche Richtung. So bildet sich ein quer zur Windrichtung wirkender Auftrieb.

Lateralplan (hier rot) und Wasser bilden einen Widerstand, mit dem das Boot die quergerichtete Gesamtkraft des Auftriebes in Vortrieb umwandelt und vorwärts fahren lässt.

Lateralplan (hier rot) und Wasser bilden einen Widerstand, mit dem das Boot die quergerichtete Gesamtkraft des Auftriebes in Vortrieb umwandelt und vorwärts fahren lässt.

Jetzt kommt der Lateralplan ins Spiel. Wir erinnern uns: Das seitliche Unterwasserschiff, das Schwert und das unter Wasser liegende Ruderblatt bilden zusammen mit dem Wasser den Lateraldruck, einen Widerstand, mit dem das Boot die quergerichtete Gesamtkraft des Auftriebs teilweise in Vortrieb umwandelt und es vorwärts fahren lässt.

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Schaut man sich auf den hier beigefügten Bildern einmal die Gesamtkraft an und zerlegt sie in einem Kräfteparallelogramm in Querkraft und Vortrieb, kann man gut erkennen, wie wenig Vortrieb aus diesen Kräften überhaupt gewonnen wird. Ohne den Lateralplan gäbe es ihn gar nicht. Er steht mit seinem Widerstand unter Wasser quer zur Gesamtkraft und nutzt aus, dass der Widerstand nach vorne sehr gering ist.

Hoch am Wind ist der Vortrieb am geringsten.

Hoch am Wind ist der Vortrieb am geringsten.

Auf raumeren Kursen nimmt mit geringerer Krängung und Abdrift der Anteil der Querkraft ab und der Vortrieb zu.

Auf raumeren Kursen nimmt mit geringerer Krängung und Abdrift der Anteil der Querkraft ab und der Vortrieb zu.

Je weiter sich das Boot mit dem Bug in Richtung Wind dreht, desto ungünstiger wird das Verhältnis zwischen Querkraft und Vortrieb. Die Windenergie verpufft zum großen Teil in Abdrift und Krängung (Neigung des Bootes). Außerdem geht der meiste Wind über das Segel hinweg, wenn das Boot zu sehr krängt. Je weiter sich der Bug vom Wind wegdreht, desto weniger wirkt die Querkraft. Somit schwächen sich auch Abdrift und Krängung ab und der Vortrieb wächst. Deshalb segelt man auch am schnellsten, wenn der Wind von schräg hinten kommt.

Aber was ist Wind überhaupt? Wind ist bewegte Luft. Diese Bewegung entsteht durch Druckunterschiede. Luft entweicht von hohem Druck zu tiefem Druck. Warme Luft steigt auf und hinterlässt niedrigen Luftdruck, kalte Luft ist schwerer und presst sich zusammen.

Wichtig für den Segler ist die Richtung, aus der der Wind weht, damit er die Segel richtig dazu einstellen kann. Man erkennt die Windrichtung z.B. an Flaggen und Wimpeln, am Verklicker (Windanzeiger) der im Hafen liegenden Boote, an Ästen, die im Wind wehen, aber auch an den Wellen, die der Wind vor sich hertreibt.

Den Wind, den wir an diesen Zeichen erkennen, nennen wir den wahren Wind. In diese Richtung bläst der Wind in Wirklichkeit. Aber ist das der Wind, mit dem wir segeln … ? Wenn ich schon so frage, wohl nicht. Denn den wahren Wind kann man nur an einem Punkt feststellen, der sich nicht bewegt. Sobald ich mich bewege, was ich ja auf einem Segelboot hoffentlich tue, kommt noch etwas hinzu.

Jeder kennt dieses Phänomen vom Fahrradfahren: der Wind kommt immer von vorn. Das ist zum Teil vielleicht der Gegenwind, aber zu einem großen Teil ist es der Fahrtwind. Und den haben wir auch beim Segeln. Fahrtwind und wahrer Wind bilden zusammen den sogenannten scheinbaren Wind. Und das ist der Wind, der für uns maßgeblich ist.

Der scheinbare Wind fällt immer etwas vorlicher ein als der wahre Wind.

Der scheinbare Wind fällt immer etwas vorlicher ein als der wahre Wind.

Je weiter das Boot vom Wind abfällt, desto geringer wird der scheinbare Wind.

Je weiter das Boot vom Wind abfällt, desto geringer wird der scheinbare Wind.

Vor dem Wind kommen wahrer und scheinbarer Wind aus der gleichen Richtung.

Vor dem Wind kommen wahrer und scheinbarer Wind aus der gleichen Richtung.

Je schneller ein Boot fährt, um so mehr nimmt der Fahrtwind zu und um so mehr weicht die Richtung vom scheinbaren Wind von der Richtung des wahren Windes ab. Der scheinbare Wind kommt immer weiter von vorne, d.h. vorlicher als der wahre Wind. Außer man segelt genau vor dem Wind, denn da fallen wahrer und scheinbarer Wind zusammen. Je weiter ein Boot vom Wind weg abfällt, desto schwächer wird der scheinbare Wind. Je weiter es zu Wind hin anluvt, desto stärker wird der scheinbare Wind. Schauen Sie sich dazu auch die beigefügten Bilder an.

Soweit die Theorie. Im nächsten Kapitel erkläre ich die Kurse zum Wind und die entsprechende Segelstellung.

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