Es war windig auf dem Meer und die Wellen waren rau. Warum also ist das Boot nicht gekentert oder geschüttelt worden? Das Geheimnis des Rumpfes

Das Wetter auf See ist wie das Gesicht eines Kindes: unberechenbar. Warum also kentern Schiffe nicht, wenn sie auf dem Meer unterwegs sind?

Natürlich kommt es vor, dass ein Boot kentert, aber die Wahrscheinlichkeit dafür ist gering. In den meisten Fällen kommt es nicht vor, dass Schiffe durch Wind und Wellen kentern, sonst würde sich niemand trauen, ein Boot zu betreten. Wenn wir einige kleine Boote genau beobachten, werden wir feststellen, dass sie ständig mit den Wellen des Meeres hin und her schwanken, manchmal stark, manchmal leicht, aber egal, wie groß oder klein sie sind, sie können sich schließlich wieder aufrichten und kentern nicht. Warum ist das so? Das Geheimnis liegt im Rumpf. Zwei beliebige Objekte mit Masse üben eine gegenseitige Gravitationskraft aus. Auf alle Dinge auf der Erde wirkt die Schwerkraft der Erde, die zum Erdmittelpunkt zeigt.

Die auf ein Objekt ausgeübte Schwerkraft wirkt auf jeden Punkt des Objekts, und die resultierende Schwerkraft, die auf jeden Punkt ausgeübt wird, ist das Gewicht des Objekts. Der Punkt, an dem die resultierende Schwerkraft auf jeden Punkt wirkt, wird als „Schwerpunkt“ des Objekts bezeichnet.

Jeder Gegenstand hat einen Schwerpunkt, unabhängig von seiner Form, und der Schwerpunkt eines Gegenstands muss sich nicht unbedingt über dem Gegenstand befinden. Zurück zum Thema Schiffe: Es ist offensichtlich, dass ein Schiff eine relativ regelmäßige Form hat, sodass der Schwerpunkt eines Schiffes wahrscheinlich in der unteren Mitte des Schiffes liegt. Mit der Größe und Höhe des Schiffes hat das allerdings wenig zu tun, denn selbst beim Riesenkreuzfahrtschiff „Oasis of the Seas“ mit 64 Metern Höhe liegt sein Schwerpunkt noch immer in der unteren Rumpfmitte. Denn egal, wie hoch der Rumpf ist, der schwerste Teil eines Schiffes befindet sich immer noch unten im Schiff.

Die Schwerkraft zieht das Boot nach unten, aber es sinkt nicht ins Wasser. Warum?

Denn es gibt eine Kraft, die der Schwerkraft entgegenwirkt, und das ist der Auftrieb, der Auftrieb des Meerwassers. Der Auftrieb ist vertikal nach oben gerichtet und seine Richtung ist der Schwerkraft genau entgegengesetzt. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass die Schwerkraft auf den gesamten Rumpf wirkt, während der Auftrieb auf den Teil des Rumpfes wirkt, der im Meerwasser eingetaucht ist. Daher sagen wir oft, dass der Auftrieb eines Objekts umso größer ist, je größer sein Verdrängungsvolumen ist. Der Auftrieb ähnelt der Schwerkraft, da er auch auf jeden Punkt des im Wasser getauchten Rumpfes wirkt, sodass die resultierende Auftriebskraft an jedem Punkt auf einen Punkt zusammenläuft, der als „Auftriebsmittelpunkt“ bezeichnet wird. Bei einem Schiff, das stabil auf dem Wasser segelt, liegt der Auftriebsmittelpunkt unterhalb des Schwerpunkts und beide liegen auf derselben geraden Linie, die senkrecht zur Wasseroberfläche steht.

Da der Auftriebsschwerpunkt unterhalb des Schwerpunkts liegt, kann das Schiff auf dem Wasser schwimmen.

Es ist jedoch unmöglich, dass ein Schiff ewig ruhig auf dem Wasser segelt. Tatsächlich wackelt das Schiff ständig. Wenn ein Schiff aufgrund von Wellengang nach rechts kippt, ändert sich die Lage des Schiffsschwerpunkts überhaupt nicht, denn solange sich Volumen und Form eines Objekts nicht ändern, ändert sich auch der Schwerpunkt nicht. Aber der Auftriebsmittelpunkt ist anders. Wenn der Rumpf nach rechts kippt, ist das Verdrängungsvolumen auf der rechten Seite größer als auf der linken Seite, und der Auftrieb wirkt auf den Verdrängungsteil des Rumpfes, sodass sich der Auftriebsmittelpunkt ebenfalls nach rechts verschiebt. Zu diesem Zeitpunkt liegen der Schwerpunkt und der Auftriebsmittelpunkt nicht mehr auf einer geraden Linie senkrecht zur Liegeebene, so dass diese beiden Kräfte in entgegengesetzter Richtung ein Drehmoment erzeugen, das den Rumpf aus der Neigung nach rechts zurückdreht.

Der aufgerichtete Rumpf beginnt aufgrund einer Überkorrektur nach links zu kippen und das Gleiche wiederholt sich. Die kombinierte Kraft des Schwerpunkts und des Auftriebsmittelpunkts richtet den Rumpf wieder aus der nach links geneigten Lage auf, und das durch die kombinierte Kraft der Schwerkraft und des Auftriebs erzeugte Drehmoment wird als „aufrichtendes Moment“ bezeichnet.

Unter der Einwirkung des aufrichtenden Drehmoments schwankte das Boot nach links und rechts, kenterte jedoch nicht. Obwohl das Boot nicht kentert, ist das ständige Schwanken von einer Seite auf die andere unerträglich. Bei einem kleinen Boot ist das kein großes Problem, aber bei einem großen Kreuzfahrtschiff wird die gesamte Ladung ins Meer geschleudert und alle Gegenstände in der Kabine werden in Stücke gerissen. Um dem Schiff eine stabile Fahrt ohne Erschütterungen zu ermöglichen, installierte man daher auf beiden Seiten des Schiffsbodens ein Bauteil namens „Schlänkkiel“. Dieses Ding ist grundsätzlich sowohl auf großen als auch auf kleinen Schiffen vorhanden.

Wenn der Rumpf wackelt, entstehen auf beiden Seiten des Schlingerkiels Turbulenzen in die entgegengesetzte Richtung der Wackelbewegung, wodurch die Wackelamplitude des Rumpfes wirksam verringert werden kann.

Doch für große Kreuzfahrtschiffe reichen Schlingerkiele allein nicht aus. Sie sind außerdem mit einem Bauteil in Form einer Fischflosse ausgestattet, das als „Stabilisatorflosse“ bezeichnet wird. Es gibt passive und aktive Stabilisierungsflossen. Um die Rüttelneigung des Schiffes gezielt zu bremsen, lassen sich die aktiven Stabilisatorflossen manuell steuern. Bei Schiffen gilt dies als High-End-Konfiguration, kleine Boote verfügen daher sicherlich nicht darüber. Wenn die Schwankungsamplitude des Schiffes auch mit installiertem Schlingerkiel und Anti-Roll-Flossen noch nicht zufriedenstellend ist, gibt es eine Möglichkeit, das Schiff durch den Einbau von Anti-Roll-Wassertanks im Rumpf zu stabilisieren. Die auf beiden Seiten des Rumpfes angeordneten und miteinander verbundenen Wassertanks können eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung des Schwankens erzeugen und so das Schiff stabilisieren.

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