Physik des Segelns

Wie Segeln wirklich funktioniert

Wolfgang Püschl

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2012
• ISBN drucken: 9783527411061
• eBook-ISBN: 9783527648511
• Auflage: 1

Eine Einführung in die physikalischen Grundlagen des Segelsports für die an Naturwissenschaften interessierten Segler, die schon immer wissen wollten, wie Segeln tatsächlich funktioniert.

»Physik des Segelns« führt zunächst in die einfachen Grundsätze und Bedingungen des Segelns ein, wie beispielsweise das Kräftegleichgewicht während der Fahrt. Anschließend wird aus den Eigenschaften von Luft und Wasser und den dynamischen Grundgleichungen das Entstehen dieser Kräfte dargelegt. Das Buch räumt mit verbreiteten falschen Vorstellungen auf und schreitet systematisch von der Betrachtung zweidimensionaler Phänomene zu dreidimensionalen Phänomenen voran. Von Erscheinungen innerhalb der Medien Luft und Wasser geht es weiter zu den Erscheinungen an ihrer Grenzfl äche, den Schwerewellen des Wassers und dem damit verbundenen Widerstand. Mit der Kenntnis aller Beiträge zur Vortriebsleistung wird erläutert, wie sie aufeinander abgestimmt werden müssen, um ein optimales Segeltempo zu erreichen. Abschließend werden zeitlich veränderliche Phänomene wie Manöver und das Arbeiten des Bootes im Seegang betrachtet, und die Materialfestigkeit von Takelage und Rumpf diskutiert.

Inhaltsverzeichnis

• Titel
• Inhaltsverzeichnis
• Vorwort
• Liste der verwendeten Symbole
• 1 Historische und gegenwärtige Bedeutung Leistungsvergleiche
• 1.1 Höchstgeschwindigkeit
• 1.2 Etmale auf See
• 1.3 Reisezeit auf Langstrecken
• 1.4 Luvgeschwindigkeit
• 1.5 Segler des Tierreiches
• 2 Die Segelyacht im gleichförmigen Fahrtzustand
• 2.1 Kräftegleichgewicht
• 2.2 Momentengleichgewicht
• 2.2.1 Achse 1
• 2.2.2 Achse 2
• 2.2.3 Achse 3
• 3 Grundlagen der Strömungslehre
• 3.1 Dynamik einer idealen (reibungsfreien) Flüssigkeit
• 3.2 Die Eigenschaften von Wirbeln
• 3.3 Bernoulli-Theorem
• 3.4 Die ebene Potenzialströmung
• 3.5 Dynamik von Fluiden mit innerer Reibung
• 3.6 Dissipation von Wirbeln
• 3.7 Ableitung der Reynoldszahl
• 3.8 Der Strömungswiderstand von Körpern
• 4 Die Theorie des Tragflügels (Profileigenschaften)
• 4.1 Irrlehren der Auftriebsentstehung
• 4.2 Wie entsteht der Auftrieb wirklich?
• 4.3 Druckverteilung am Tragflügel
• 4.4 Ablösungsverhalten und Wirbelbildung an Tragflügelprofilen
• 4.5 Gewölbte Platte verglichen mit dickem Flügelprofil
• 4.6 Die gegenseitige Beeinflussung von Profilen
• 5 Der dreidimensionale Tragflügel
• 5.1 Randwirbel und induzierter Widerstand
• 5.2 Elliptische Auftriebsverteilung
• 5.3 Wechselwirkung mit der Wasseroberfläche
• 5.4 Verwindung (Twist)
• 5.5 Flügelform
• 5.6 Pfeilung
• 5.7 Auftriebsverhalten von Tragflügeln mit niedrigem Seitenverhältnis
• 6 Der Bootskörper: Wellenerzeugung und Widerstandskomponenten, Skalierung
• 6.1 Wasserwellen (Schwerewellen)
• 6.2 Tiefenabhängigkeit der Wellenamplituden
• 6.3 Ableitung der Dispersionsrelation
• 6.4 Tiefwasserwellen
• 6.5 Seichtwasserwellen
• 6.6 Das Wellensystem eines fahrenden Schiffes
• 6.7 Wie viel PS hat eine Segelyacht?
• 6.8 Skalierungsgesetze
• 6.8.1 Hochrechnung von Modellversuchen auf wirkliche Größe
• 6.8.2 Segeltragvermögen und Skalierung der Segelfläche
• 6.9 Kenngrößen für das Wellenwiderstandsverhalten
• 6.9.1 Breite / Tiefgang-Verhältnis
• 6.9.2 Volumetrischer Koeffizient
• 6.9.3 Prismatischer Koeffizient (Schärfegrad)
• 6.9.4 Die Wellenformtheorie
• 6.10 Der Gleitzustand
• 7 Optimale Geschwindigkeit auf verschiedenen Kursen
• 7.1 Segel- und Rumpf-Polardiagramme
• 7.2 Rechnerische Bestimmung der Fahrtgeschwindigkeit
• 7.3 Geschwindigkeits-Polardiagramm und Wahl des Kurses
• 7.4 Segeln in einem variablen Windfeld
• 8 Zeitabhängiges Verhalten
• 8.1 Schwingungsbewegungen des Bootskörpers
• 8.1.1 Vertikale Tauchschwingungen
• 8.1.2 Drehschwingungen: Stampfen, Rollen
• 8.1.3 Rollen vor dem Wind (engl. downwind rolling)
• 8.1.4 Gier-Instabilität
• 8.2 Auftriebs-Hysterese
• 8.3 Reiten auf der Welle (surfen)
• 8.4 Gefährdung durch Brecher
• 9 Mechanische Belastung und Materialien
• 9.1 Kräfte in der Takelage – Dimensionierung von Stehendem Gut und Mast
• 9.2 Kräfte auf den Rumpf
• 9.3 Baumaterialien des Rumpfes
• 9.4 Materialien für Segel
• A1 Glossar der Seemannssprache
• A2 Beaufort-Skala
• A3 Metazentrum eines Baumstammes
• A4 Dimensionsanalyse
• A5 Ableitung der Kutta-Joukowski-Gleichung
• A6 Verfahren nach Prohaska
• A7 Impulsübertrag, Kraft, Leistung, Kinetische Energie
• A8 Elliptische Auftriebsverteilung und Berechnung des induzierten Widerstandes
• A9 Linienriss einer Rennjolle
• Literatur
• Stichwortverzeichnis