Jetzt wird es nass!

Ob ein Wasserfahrzeug ein Verdränger oder ein Gleiter ist, bestimmen massgeblich die Form des Rumpfes und die Antriebsgeschwindigkeit.

Bild: CanStockPhoto

Auf dem See ist ein Bootswettbewerb im Gange. Lustig verkleidete Teilnehmerinnen und Teilnehmer lassen lauter verrückte Gefährte ins Wasser. Manche gehen bereits nach ein paar Metern und unter viel Gelächter unter, andere schwimmen recht ordentlich und lassen sich sogar manövrieren, was für bewundernde Zurufe sorgt. Lea fängt Feuer. Sie stürzt sich auf den PET-Sammelbehälter, der beim Kiosk steht, und spornt die anderen an: "Kommt, wir machen auch mit!". Bald können Lea, Simon, Laura und Luca ein aus leeren PET-Flaschen gebasteltes Floss zum Wasser bringen.

Verdrängen oder gleiten?

Eine Segeljolle ist ein Gleiter. Bild: Wikimedia Commons

Fahrende Boote sind entweder Gleiter oder Verdränger. Gleiter haben die Fähigkeit, sich bei genügend hoher Geschwindigkeit aus dem Wasser zu heben. Da der grösste Teil ihrer Masse sich nun ausserhalb des Wassers befindet, ist der Wasserwiderstand gering und hohe Geschwindigkeiten werden möglich. Massgebend für die Gleitfähigkeit sind unter anderem die Form des Rumpfes und die Antriebsgeschwindigkeit: Mit einem Paddel würde man eine Segeljolle nicht zum Gleiten bringen – für die nötige Geschwindigkeit braucht es den Wind in den Segeln. Zu den echten Gleitern zählen zum Beispiel Surfboards, Segeljollen, Rennboote und Schlauchboote.

ein Verdränger

Ein Dampfschiff ist ein Verdränger. Bild: Leiju/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Verdränger können sich aufgrund der Rumpfform und der niedrigeren Antriebsgeschwindigkeit nicht vom Wasser heben. Sie verdrängen also immer Wasser. Das gilt nicht nur für Dampf- und Kreuzfahrtschiffe, sondern auch für die seltsamen Konstruktionen, die sich am Seeufer tummeln. Luca ist sich ziemlich sicher, dass dieses Floss aus Fässern neben ihnen niemals gleiten könnte, auch nicht das pink gestrichene Pedalo, das wegen des eingeklemmten Ruders nur im Kreis fahren kann.

Er ist sich ehrlich gesagt auch nicht sicher, ob ihr PET-Floss überhaupt schwimmen wird. Lea hat da keine Bedenken. Sie springt aufs Floss, sobald sie es aufs Wasser gezogen haben und ... bittet erst mal um einen Schnorchel. Der Auftrieb hat offensichtlich nicht gereicht, um Leas Gewicht auf der Wasseroberfläche zu halten. Es waren wohl zu wenige Flaschen und zu viele davon waren bereits etwas zerdrückt.

Stabil oder agil?

Die Rumpfform entscheidet massgeblich, wie stabil oder agil, also beweglich, ein Boot, Floss oder ein anderes Wasserfahrzeug ist.

Bild: CanStockPhoto

Ein Ruderboot ist aufgrund seiner schmalen Form zwar ungemein schnell, lässt sich aber wegen
seiner Länge nicht so gut manövrieren.

Bild: CanStockPhoto

Ein schmaler Rumpf hat weniger Wasserswiderstand als ein breiter. Das hilft beim Wanderkajak, damit man eine grosse Strecke mit möglichst wenig Anstrengung bewältigen kann.

Bild: Seek writ awe there/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Kajaks im Kanurodeo (Playboating) sind sehr kurz (bis 1.75 m) und dadurch sehr wendig. Sie erlauben sogar "Air Loops".

Bild: CanStockPhoto

Stand-up-Paddles (SUP) sind relativ breit und lang, sodass man auch im Stehen die Balance nicht verliert.

Etwas Physik – Auftrieb

Ein Holzwürfel schwimmt auf dem Wasser, während ein gleich grosser Eisenwürfel untergeht. Liegt das nur am unterschiedlichen Gewicht? Nein, denn wenn man aus dem Eisen des Würfels ein Schiff baut, dann geht es nicht unter. Das liegt daran, dass ein Schiff bei gleichem Gewicht ein viel grösseres Volumen als ein Eisenwürfel hat. Der griechische Mathematiker, Physiker und Ingenieur Archimedes von Syrakus hat bereits um 215 v. Chr. festgestellt, dass ein Körper im Wasser eine Auftriebskraft erfährt, die gleich gross ist wie das Gewicht des verdrängten Wassers. Wenn das Gewicht des verdrängten Wassers grösser ist als das Gewicht des Körpers (Schiffes), dann schwimmt er. Bei einem homogenen Körper muss die Dichte (Masse/Volumen) des Materials kleiner sein als die Dichte des Wassers. Das Holz des Würfels hat eine kleinere Dichte als das Wasser (schwimmt), Eisen eine grössere (schwimmt nicht).

Wenn du es genauer wissen willst

 

Sinkt

Schwebt

Steigt

Kräfte

G > FA

G = FA

G < FA

Dichten

ρ > ρFl

ρ = ρFl

ρ < ρFl

ρ: Dichte des Körpers
ρFl: Dichte der Flüssigkeit
V: Volumen des Körper bzw. der verdrängten Flüssigkeit
g: Erdbeschleunigung (= 9,81 m·s-2)
FA (Auftrieb) = ρFl × V × g
G (Gewicht) = ρ× V × g

Bild: Dirk Magaschütz/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Betonschiff

Unter Beton stellt man sich wirklich nichts Schwimmfähiges vor. Und doch gibt es durchaus Schiffe aus Beton. Beton ist relativ günstig, sehr robust und Betonschiffe benötigen weniger Pflege. Allerdings sind Betonschiffe schwerer, was den Betrieb verteuert, und weniger manövrierfähig. Sie sind deshalb eher eine Ausnahme. Dafür finden Betonbootsbauwettbewerbe an Universitäten und Fachhochschulen regelmässig statt.

Text: SATW / Alexandra Rosakis
Quelle: Technoscope 2/18: Unterwegs – Technik bewegt. Technoscope ist das Technikmagazin der SATW für Jugendliche

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