Die einzige Antriebskraft eines Segelboots ist der Wind. Die Geschwindigkeit des Bootes muss also geringer sein als die Geschwindigkeit des Windes? Tatsächlich kann das Boot schneller sein als der Wind

Verglichen mit modernen Schiffen, die von großen Dieselmotoren angetrieben werden, können Segelboote durchaus als uralte Wassertransportmittel angesehen werden, deren Entstehung auf eine Zeit vor mehr als 5.000 Jahren zurückgeht.

Im Gegensatz zu Schiffen, die fossile Brennstoffe verbrauchen, verfügen Segelboote über keine eigene Antriebskraft. Ihre einzige Antriebsquelle ist der Wind, der ihre Segelgeschwindigkeit begrenzt. Das ist eigentlich leicht zu verstehen. Der Wind bläst das Segel und dann treibt das Segel den Rumpf an. Der maximale Schub, den der Wind auf das Segel ausüben kann, hängt von der relativen Geschwindigkeit des Schiffes und des Windes ab. Beispielsweise liegt das Schiff zu Beginn still und die Windgeschwindigkeit auf dem Meer beträgt 10 m/s. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Relativgeschwindigkeit zwischen Schiff und Wind 10 m/s. Unter dem Druck des Windes bewegt sich das Schiff und die Geschwindigkeit erreicht 5 m/s. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Relativgeschwindigkeit zwischen Schiff und Wind 5 m/s.

Man kann erkennen, dass das Schiff mit dem Aufblähen der Segel durch den Wind allmählich schneller wird, die relative Geschwindigkeit zwischen Schiff und Wind allmählich abnimmt, der vom Wind erzeugte Schub immer schwächer wird und der Widerstand, den das Wasser vor dem Schiff ausübt, mit zunehmender Geschwindigkeit zunimmt. Langsam gleichen sich der Widerstand des Meerwassers und der Schub des Windes aus und das Segelboot kann nicht mehr weiter beschleunigen.

Natürlich kann die Geschwindigkeit des Schiffes auf keinen Fall der Windgeschwindigkeit entsprechen, geschweige denn diese überschreiten. Aber die Realität sieht anders aus. Moderne Segelboote können die Windgeschwindigkeit nicht nur übertreffen, sondern bei weitem übertreffen.

Warum können Segelboote schneller sein als der Wind?

Denn ein Segelboot ist für seine Vorwärtsbewegung nicht auf den vom Wind erzeugten Schub angewiesen, sondern auf den vom Wind erzeugten Auftrieb. Die Segel eines Segelboots erscheinen uns normalerweise wie ein riesiger Vorhang, aber wenn wir die gewölbten Segel von oben betrachten, werden wir feststellen, dass ihre Querschnittsform sehr ähnlich der der Tragflächen eines Flugzeugs ist. Das heißt, das Antriebsprinzip eines Segelboots ist im Grunde dasselbe wie das Prinzip des Abhebens eines Flugzeugs, und beide basieren auf dem Auftrieb, den der Wind erzeugt. Bei genauerem Hinsehen fällt auf, dass die Luvseite des Segels eines modernen Segelbootes nie in Windrichtung zeigt, sondern seitlich zur Windrichtung. Dies liegt daran, dass die Richtung, in der der Auftrieb erzeugt wird, senkrecht zur Windrichtung steht.

Wie also wird der Auftrieb erzeugt, der ein Segelboot vorwärts treibt? Natürlich wird das Bernoulli-Prinzip verwendet.

Bei einem Wasser- oder Luftstrom ist der Druck umso höher, je langsamer die Fließgeschwindigkeit ist, und umso niedriger ist der Druck, je schneller die Fließgeschwindigkeit ist. Wenn beispielsweise viele Menschen auf die U-Bahn warten, kommt es durch den dichten Menschenstrom zu einer Luftisolierung vor und hinter dem Fahrzeug. Zu diesem Zeitpunkt fährt die U-Bahn in die Station ein und der Hochgeschwindigkeitszug treibt den Luftstrom vor der Menschenmauer an, um sich mit hoher Geschwindigkeit fortzubewegen. Aufgrund der Behinderung durch die menschliche Wand wird der Luftstrom hinter der menschlichen Wand jedoch nicht beeinträchtigt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druck vor der menschlichen Wand gering und der Druck hinter der menschlichen Wand groß. Dieser Druckunterschied führt dazu, dass die Leute das Gefühl haben, von hinten gedrängt und nach vorne bewegt zu werden, was manchmal zu Widersprüchen führt. Dies ist das Bernoulli-Prinzip.

Die Segel moderner Segelboote nutzen dieses Prinzip.

Im Querschnitt des Segels ist zu erkennen, dass die beiden Seiten des Segels nicht gleich sind. Die Vorderseite ist erhöht, während die Rückseite im Wesentlichen flach ist. Durch diese Konstruktion ist der Luftstrom vor dem Segel schnell, wenn der Wind von der Seite durch das Segel bläst, während der Luftstrom hinter dem Segel langsam ist. Durch den Unterschied in der Luftströmungsrate ist der Druck vor dem Segel gering und der Druck hinter dem Segel groß. Der enorme Druckunterschied verleiht dem Segelboot enorme Kraft. Darüber hinaus ist der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Segels umso größer, je höher die Windgeschwindigkeit ist, und die Geschwindigkeit nimmt entsprechend zu. Daher kann die Geschwindigkeit moderner Segelboote ein Vielfaches der Windgeschwindigkeit erreichen.

Natürlich steckt hinter der Geschwindigkeit moderner Segelboote noch ein weiteres Geheimnis.

Wenn das Schiff stillsteht und sich vorwärts bewegt, ändern sich die relative Geschwindigkeit und Richtung des Windes und des Segels. Der Wind, wenn das Segelboot stillsteht, wird im Allgemeinen als wahrer Wind bezeichnet, und der Wind, wenn es sich bewegt, wird als scheinbarer Wind bezeichnet. Solange die Segelrichtung richtig eingestellt ist, kann der scheinbare Wind umso stärker sein, je schneller sich das Segelboot bewegt, und die Geschwindigkeit des Schiffes kann weiter erhöht werden. Natürlich hat diese Geschwindigkeitssteigerung eine Grenze, denn mit der Geschwindigkeit des Schiffes ändert sich nicht nur die Windstärke, sondern auch die Windrichtung. Wenn die Geschwindigkeit ein bestimmtes Niveau erreicht, reicht die Windrichtung nicht mehr aus, um das Segelboot bei der weiteren Beschleunigung zu unterstützen, und die Geschwindigkeit des Schiffes erreicht ihre Grenze.

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