Flussquerung und Größe des Lateralplans

[Heimfried]

Ich habe ja gestern Abend noch (#22) gesagt, dass ihr wohl recht habt.

Als ich nämlich meine Geschwindigkeitsvektoren näher erläutern wollte, habe ich gemerkt, dass die genau euer Ergebnis zeigen und nicht meines. (Ursprünglich war ich in meinen Überlegungen von Kraftvektoren ausgegangen und habe dabei einen falschen Ansatz verfolgt.)

Richtig ist, was Sayang schon im Januar gesagt hat, dass die Größe des Lateralplans nicht die Abdrift beeinflusst.

Solange das Boot am Ufer festgemacht ist (nehmen wir mal an, längsseits an einem Steg, der quer in den Strom ragt, damit auch der Lateralplan des Bootes vom Fluss angeströmt wird), bewirkt natürlich ein doppelt so großer Lateralplan eine doppelte so große Seitenkraft auf den Rumpf (Kraft = Staudruck * Fläche). Nach dem Loswerfen gibt es eine Beschleunigungsphase, in der das Boot von dieser Seitenkraft eine wachsende Geschwindigkeitskomponente in Strömungsrichtung erhält, bis es die Strömungsgeschwindigkeit erreicht hat. Bei einem größeren Lateralplan läuft diese Beschleunigungsphase schneller ab, weil die beschleunigende Kraft größer ist, aber die Masse die gleiche (F = m * a; –> a = F / m). (Theoretisch ist diese Beschleunigungsphase in beiden Fällen unendlich lang, weil die beschleunigende Kraft mit der geringer werdenden Differenz der Geschwindigkeiten von Strömung und Boot immer kleiner wird (asymptotische Näherung), praktisch aber eine Sache von einigen Sekunden.)

Nach der Beschleunigungsphase ist der Anströmungsdruck Null und das Boot nur noch dem hydrostatische Druck ausgesetzt, dessen horizontale Komponenten sich auf Null addieren. Und dann erzeugt nur noch der bootseigene Vortrieb Kraftwirkungen, wie Sayang oben gesagt hat.

[simon-2]

eigentlich wollte ich ja beschwichtigen, jetzt muss ich mich doch noch streiten

Mojitos sind dazu tatsächlich nicht nötig.
Auch hast du mit der Beantwortung deiner vereinfachten Formulierung der Fragestellung natürlich Recht.

Die ursprüngliche Fragestellung aber war: welchen Einfluss hat die Lateralfläche bei Flussquerung, und wenn man dazu annimmt, es würde eine Hundekurve gefahren, spielt auch der Aspekt welchen Einfluss hat die Lateralfläche bei Kurvenfahrt eine kleine Rolle.

Durch sowas kommen dann die Unterschiede zwischen Theorie und Praxis zustande: ansich ist die Theorie ja ein tolles Werkzeug, aber je mehr Aspekte bei der Modellierung ausgeklammert werden, desto mehr weicht die theoretische Antwort von der Praxis ab... und dann kommen die Praktiker mit ihrer Erfahrung und schimpfen auf die Theorie

[Heimfried]

Zitat von simon-2

b:
Wenn man aber davon ausgeht, der Kurs sei so geschickt gewählt, dass die tatsächlich erreichte Bahn eine gerade Linie senkrecht zur Strömungsrichtung beschreibt (d.h. die Bugspitze zeigt NICHT senkrecht sondern etwas stromaufwärts), dann ist die Strömung im lokalen Koordinatensystem des Rumpfes in Y-Richtung gleich null; Lateralfläche also egal.

Jemand, der wirklich die gerade Linie fahren wollte, müsste viel Fingerspitzengefühl haben und sehr aufwendig arbeiten, denke ich:
Zunächst müsste das Boot mit der Nase genbau gegen den Strom festgemacht sein (Zielpunkt am Gegenufer also genau querab), dann müsste man den Motor vorsichtig bis an den Punkt hochfahren, an dem die Festmachleinen die Spannung verlieren. Dann hat das Boot Null Fahrt über Grund und seine Fahrt durchs Wasser ist genau gleich der Strömungsgeschwindigkeit mit entgegengesetzten Kurs.

Danach müsste man die Nase in kleinen Schritten in Richtung Zielpunkt drehen und gleichzeitig den Motor weiter hochfahren. Mehr Vorschub wird jetzt nicht nur benötigt, um eine Geschwindigkeitskomponente quer zur Strömung zu erzielen, sondern auch, um die wachsende Kraft durch die Flussströmung zu kompensieren, weil die angeströmte Fläche vom benetzten Teil des Hauptspants langsam in die Richtung Lateralplan anwächst. Irgendwann stellt sich dann bei maximalem Vorschub ein bestimmter Kurs durch Wasser ein, der zu dem erwünschten Kurs über Grund führt.

[Heimfried]

Zitat von simon-2

Durch sowas kommen dann die Unterschiede zwischen Theorie und Praxis zustande: ansich ist die Theorie ja ein tolles Werkzeug, aber je mehr Aspekte bei der Modellierung ausgeklammert werden, desto mehr weicht die theoretische Antwort von der Praxis ab... und dann kommen die Praktiker mit ihrer Erfahrung und schimpfen auf die Theorie

Ja, die Schwierigkeit liegt nicht in der Frage, ob die Theorie richtig ist, sondern darin, ob man das richtige Stück Theorie auswählt und dies richtig auf die Wirklichkeit "abbildet".

Es gibt aber noch eine zweite Komponente: ziemlich viele Menschen, Praktiker oder nicht, lehnen die Theorie einfach deshalb ab, weil das nach Schule, Pflicht und Lernen riecht. Der Umgang mit Theorie ist mühsam. Das mag sich, zumal in Fragen der Freizeitgestaltung, nicht jeder aufladen.

[Jugocaptan]

Einfach Strömungsdreieck oder was?

Der Lateralplan eines Schiffes wirkt sich doch (vereinfacht gesagt) nur auf die Fahrt durchs Wasser bei Wind und mit Segeln aus.

Motorgetrieben ist der völlig Schnuppe.

[wolf b.]

Zitat von Heimfried

Jemand, der wirklich die gerade Linie fahren wollte, müsste viel Fingerspitzengefühl haben und sehr aufwendig arbeiten, denke ich:

Beim Kajakfahren nennt sich das Seilfähre und mit etwas Übung bekommt man die recht gut hin und überquert die Strömung genau im 90° Winkel.

Beim Bootfahren nutze ich das gerne um in enge Lücken zwischen festgemachten Booten anzulegen.

Hier z.B. war zu den Booten vor und hinter mir kein halber Meter Platz, aber Dank guter Strömung ganz einfach auf Anhieb da rein zu fahren.


Unter Flußfahrern eine ganz normale Technik, braucht es auch keine Formeln dazu.

[Heimfried]

Wir können uns ja vom Lateralplan mal lösen.
Und bei Motorbooten kann man ja eine Erhöhung oder Verminderung des Energie"verbrauchs" fast hören, nämlich über die Drehzahl. Das ist beim Segeln etwas schwieriger, glaube ich.

Und sobald ich Kraft und Arbeit (= Energie) betrachte, lande ich wieder bei meiner Ursprungsthese, auweia.

Frage:
Zwei backsteinförmige Pontons liegen, festgemacht an je einer Boje, in der gleichen Flussströmung, die Verdrängung beider Pontons ist gleich. Der einzige Unterschied ist die Geometrie: einer der beiden hat nur die halbe Breite aber dafür die doppelte Länge.

Sind die Kräfte in den Festmacherleinen gleich oder sind sie unterschiedlich?

[Heimfried]

Zitat von wolf b.

Hier z.B. war zu den Booten vor und hinter mir kein halber Meter Platz, aber Dank guter Strömung ganz einfach auf Anhieb da rein zu fahren.

Also du hältst gegen den Strom und lässt dich dann durch sachtes Ruderlegen querversetzen. Habe ich das so richtig verstanden?

[Sayang]

Zitat von Heimfried

...
Sind die Kräfte in den Festmacherleinen gleich oder sind sie unterschiedlich?

Unterschiedlich.
Die Koerper haben z.B. unterschiedliche Schubspannungswiderstaende und unterschiedliche Druckwiderstaende.

[Sayang]

Zitat von Jugocaptan

...
Der Lateralplan eines Schiffes wirkt sich doch (vereinfacht gesagt) nur auf die Fahrt durchs Wasser bei Wind und mit Segeln aus.

Motorgetrieben ist der völlig Schnuppe.

Das ist zu stark vereinfacht, und, auch motorgetrieben, nicht Schnuppe.

[Sayang]

Zitat von Heimfried

Jemand, der wirklich die gerade Linie fahren wollte, müsste viel Fingerspitzengefühl haben und sehr aufwendig arbeiten, denke ich:
Zunächst müsste das Boot mit der Nase genbau gegen den Strom festgemacht sein (Zielpunkt am Gegenufer also genau querab), dann müsste man den Motor vorsichtig bis an den Punkt hochfahren, an dem die Festmachleinen die Spannung verlieren. Dann hat das Boot Null Fahrt über Grund und seine Fahrt durchs Wasser ist genau gleich der Strömungsgeschwindigkeit mit entgegengesetzten Kurs.

Danach müsste man die Nase in kleinen Schritten in Richtung Zielpunkt drehen und gleichzeitig den Motor weiter hochfahren. Mehr Vorschub wird jetzt nicht nur benötigt, um eine Geschwindigkeitskomponente quer zur Strömung zu erzielen, sondern auch, um die wachsende Kraft durch die Flussströmung zu kompensieren, weil die angeströmte Fläche vom benetzten Teil des Hauptspants langsam in die Richtung Lateralplan anwächst. Irgendwann stellt sich dann bei maximalem Vorschub ein bestimmter Kurs durch Wasser ein, der zu dem erwünschten Kurs über Grund führt.

In der Praxis ist die Querung in gerader Linie sehr einfach (Stromdreieck).
Die Kraft wächst nicht, wenn die angeströmte Flaeche anwächst.

[Heimfried]

Zitat von Sayang

Die Kraft wächst nicht, wenn die angeströmte Flaeche anwächst.

Wenn ein Fluid (hier Wasser) eine feste Fläche anströmt, entsteht ein Staudruck, der nach Bernoulli p = rho/2 * v² beträgt.

Die Kraft ist das Produkt aus Druck und Fläche F = A * p .

[Sayang]

Zitat von Heimfried

Wenn ein Fluid (hier Wasser) eine feste Fläche anströmt, entsteht ein Staudruck, der nach Bernoulli p = rho/2 * v² beträgt.

Die Kraft ist das Produkt aus Druck und Fläche F = A * p .

Ich dachte schon, wir sind uns einig, dass an einem treibenden Koerper KEINE Kraefte einwirken, nur der eigene Antrieb eine von vorne bewirkt.

[Heimfried]

Zitat von Sayang

Ich dachte schon, wir sind uns einig, dass an einem treibenden Koerper KEINE Kraefte einwirken, nur der eigene Antrieb eine von vorne bewirkt.

Das dachte ich heute Mittag auch. Aber als ich bei meinen Gedanken zur gradlinigen Flussquerung die Kräfte ins Spiel nahm, hatte ich wieder Zweifel an der Einigkeit.

Dass die Sache mit den Geschwindigkeitsvektoren so gut "aufgeht", sagt ja nun doch nichts über den Energieaufwand, den ich habe, um die Geschwindigkeit zu erreichen.

Physikalisch ist Leistung das Produkt aus Kraft und Geschwindigkeit P = F * v . Wenn ich ein Boot mit Null Fahrt über Grund gegen den Strom halte, macht es durchs Wasser eine Fahrt v = Stromgeschwindigkeit.

Wenn ich nun die Fläche des angeströmten Querschnitts erhöhe, erhöht sich nach meiner Meinung die Kraft F, weil der gleiche Staudruck auf eine größere Fläche wirkt. Das erfordert eine höhere Leistung P.

Und mal ganz ohne Formel, rein anschaulich oder intuitiv: was macht ein Mobofahrer, der sein Boot mit Null Fahrt über Grund gegen den Strom hält und weiter so halten will, wenn ihm an Steuerbord und Backbord je ein Dinghi mit 3 Personen besetzt an die Mittelklampe gehängt wird. Gibt er Gas? Oder bleibt bei gleichem Energieeinsatz auch auf dieser Position?

Oder um die Schubspannung (Reibung längs der umströmten Rümpfe) außer Betracht zu lassen, kriegt der Mobofahrer keine Dinghis an die Bordseiten sondern Stauscheiben aus Sperrholz, die "nichts" wiegen und "keine" Länge haben.

[Heimfried]

@Sayang
Nur um das klarzustellen: ich habe dir oben in Beitrag #26 heute Mittag recht gegeben. Davon rücke ich auch nicht etwa ab. Die Ursprungsfrage war, ob eine größerer Lateralplan die Abdrift erhöht, das tut er nicht.

Was mich jetzt umtreibt, ist aber die Frage, ob es zusätzlichen Sprit kostet, ein Boot mit größerem Lateralplan (bei sonst gleichen Bedingungen) geraderüber zum anderen Ufer zu bringen.

[Sayang]

Zitat von Heimfried

Zitat von Heimfried

…
Wenn ich nun die Fläche des angeströmten Querschnitts erhöhe, erhöht sich nachmeiner Meinung die Kraft F, weil der gleiche Staudruck auf eine größere Flächewirkt. Das erfordert eine höhere Leistung P.

…

Da Du in diesem Fall Fahrt durchs Wasser machst, hast Du die Stroemungskompoente “von vorne”. Die hat nichts mit der Stroemung des Gewaessers zu tun. Wenn Du auf einem stillen See FdW machst, hast Du genau den gleichen Effekt.

Zitat von Heimfried

…
Und mal ganz ohne Formel, rein anschaulich oder intuitiv: was macht einMobofahrer, der sein Boot mit Null Fahrt über Grund gegen den Strom hält undweiter so halten will, wenn ihm an Steuerbord und Backbord je ein Dinghi mit 3Personen besetzt an die Mittelklampe gehängt wird. Gibt er Gas? Oder bleibt beigleichem Energieeinsatz auch auf dieser Position?

Oder um die Schubspannung (Reibung längs der umströmten Rümpfe) außer Betrachtzu lassen, kriegt der Mobofahrer keine Dinghis an die Bordseiten sondernStauscheiben aus Sperrholz, die "nichts" wiegen und "keine"Länge haben.

Es ist egal, ob Du Schubspannung oder Druckwiderstaende beliebig vergroesserst oder verkleinerst, der Gesamtwiderstand zaehlt. Wenn Du zusaetzlichen Widerstand hast, wenn Du FdW machst, musst Du den zusaetzlichen Widerstand (nochmals, der kommt von vorne, und ist das Resultat der Fahrt durchs Wasser) ausgleichen, also mehr Gas geben.

Verinnerliche doch nochmals das Beispiel mit dem Tank, der durch den Fluss treibt. Wenn Du einem Boot in diesem Tank zusaetzlichen Widerstandan die Klampe haengst, aendert das nichts an der Position des “Paeckchens” im Tank. Erst wenn das Paket losfaehrt, ist zusaetzlicher Widerstand vorhanden, und muss ausgeglichen werden. Und nochmals, wenn Du den Tank loecherst oder ganz wegnimmst, aendert das nichts.

Wir bewegen uns im Kreis. Wenn meine Darlegungen nicht ueberzeugen, hilft eine Wiederholung wahrscheinlich auch nicht.


PS: Deinen letzten Beitrag zu spaet gelesen.

[Sayang]

Zitat von Heimfried

...
Was mich jetzt umtreibt, ist aber die Frage, ob es zusätzlichen Sprit kostet, ein Boot mit größerem Lateralplan (bei sonst gleichen Bedingungen) geraderüber zum anderen Ufer zu bringen.

Siehe mein Beitrag 34.

Wenn der Gesamtwiderstand durch den Lateralplan vergroessert wird (der Widerstand ist ja nicht nur der Druckwiderstand), brauchst Du mehr Leistung. Es ist aber sicherlich ein groesserer Lateralplan mit weniger Widerstand denkbar, wenn die moeglichen Parameter frei geaendert, also optimiert werden koennen.

[Heimfried]

Zitat von Sayang

PS: Deinen letzten Beitrag zu spaet gelesen.

Was auch immer für ein Ergebnis hier rauskommt, falls eines rauskommt: ich danke dir für die geduldige Auseinandersetzung mit dem Thema und meinen Argumenten, auch wenn wir teilweise unterschiedlicher Meinung sind.

[Sayang]

Zitat von Heimfried

Was auch immer für ein Ergebnis hier rauskommt, falls eines rauskommt: ich danke dir für die geduldige Auseinandersetzung mit dem Thema und meinen Argumenten, auch wenn wir teilweise unterschiedlicher Meinung sind.

In welchen Punkten sind wir (noch) unterschiedlicher Meinung?

[Weißwurschtcommander]

Zitat von Heimfried

@Sayang...

Was mich jetzt umtreibt, ist aber die Frage, ob es zusätzlichen Sprit kostet, ein Boot mit größerem Lateralplan (bei sonst gleichen Bedingungen) geraderüber zum anderen Ufer zu bringen.

Nicht zwingend.
Der Lateralplan ist ja die Projektion/Ansichtsfläche der Rumpfform.
Der tatsächliche Strömungswiderstand hängt nicht (nur) vom Umriss der Seitenansicht eines Rumpfes ab. Insofern kann ein Boot mit doppelt so großer Lateralfläche den halben Strömungswiderstand haben als z.B. ein Ponton mit dem im Vergleich halben Lateralflächeninhalt..

VG Stephan

[Heimfried]

Ich denke, das ist die "Spritfrage".

Muss ich mehr Energie einsetzen, wenn ich den Fluss auf geradem Kurs über Grund zum gegenüberliegenden Uferpunkt quere, wenn mein Lateralplan größer ist (bei sonst gleichen Verhältnissen)?

Ich tippe auf ja und du sagst nein.

Du sagst, das sei unter dem Strich die gleiche Situation wie bei einer Fahrt durch stehendes Wasser mit gleicher Geschwindigkeit. Von Belang sei nur, was sich vor dem Bug abspiele, Fahrt durchs Wasser mit der Geschwindigkeit v. Egal, ob das Wasser seinerseits nur strömt oder nicht.
(Korrigier mich bitte, wenn ich das falsch verstanden habe.)

Ich sage, da gibt es einen Unterschied. Beispiel: Gegenüber liegendes Ziel erfordert Kurs über Grund (KüG) von 0°. Fahrt über Grund (FüG) sei gleich Stromgeschwindigkeit (StG), Stromrichtung (StR) ist 90°. Dann machst du eine Fahrt durchs Wasser (FdW) = 1,4 * StG, Kurs durchs Wasser (KdW) = 315°. Dabei bildet sich nach meiner Meinung backbords im Stromluv ein gewisser Stau am Rumpf und steuerbords in Stromlee eine tieferliegende Wasserlinie, vermutlich mit Wirbeln.

[wolf b.]

Zitat von Heimfried

Also du hältst gegen den Strom und lässt dich dann durch sachtes Ruderlegen querversetzen. Habe ich das so richtig verstanden?

Exakt.
Du stellst die Motorleistung so ein, daß die Geschwindigkeit gegen Stom 0 ist.
Dann legst du leicht Ruder und mußt zu dem Zeitpunkt minimal das Gas erhöhen.

Theoretisch kannst du so einen ganzen Fluß queren, ich verwende es halt nur um punktgenau anzulegen wenn etwas mehr Strömung ist.

[Heimfried]

Zitat von Weißwurschtcommander

N
Der tatsächliche Strömungswiderstand hängt nicht (nur) vom Umriss der Seitenansicht eines Rumpfes ab. Insofern kann ein Boot mit doppelt so großer Lateralfläche den halben Strömungswiderstand haben als z.B. ein Ponton mit dem im Vergleich halben Lateralflächeninhalt..

Das ist richtig, Stephan, aber du hast vermutlich das "bei sonst gleichen Bedingungen" überlesen. Bis auf die Größe des Lateralplans soll es keinerlei Unterschiede geben.

[Sayang]

Zitat von Heimfried

…
Muss ich mehr Energie einsetzen, wenn ich den Fluss auf geradem Kurs über Grund zum gegenüberliegenden Uferpunkt quere, wenn mein Lateralplan größer ist (bei sonst gleichen Verhältnissen)?
…

Gleiche Verhaeltnisse bedeutet gleicher Widerstand. Die uebrigen Parameter gelten wie gehabt, kein Luftwiderstand, gleiche Stroemung ueberall in dem Fluss, etc.

Zitat von Heimfried

…
Du sagst, das sei unter dem Strich die gleiche Situation wie bei einer Fahrt durch stehendes Wasser mit gleicher Geschwindigkeit. Von Belang sei nur, was sich vor dem Bug abspiele, Fahrt durchs Wasser mit der Geschwindigkeit v. Egal, ob das Wasser seinerseits nur strömt oder nicht.
(Korrigier mich bitte, wenn ich das falsch verstanden habe.)
…

Du hast mich richtig verstanden.

Zitat von Heimfried

…
Ich sage, da gibt es einen Unterschied. Beispiel: Gegenüber liegendes Ziel erfordert Kurs über Grund (KüG) von 0°. Fahrt über Grund (FüG) sei gleich Stromgeschwindigkeit (StG), Stromrichtung (StR) ist 90°. Dann machst du eine Fahrt durchs Wasser (FdW) = 1,4 * StG, Kurs durchs Wasser (KdW) = 315°. Dabei bildet sich nach meiner Meinung backbords im Stromluv ein gewisser Stau am Rumpf und steuerbords in Stromlee eine tieferliegende Wasserlinie, vermutlich mit Wirbeln.

Wir waren uns einig, dass auf das im Fluss treibende Boot keine Kraefte einwirken.
Wir waren uns einig, dass das Boot, wenn es vorwaerts FdW macht, eine Stroemung von vorne hat.

Woher soll nun eine Komponente dazu kommen, die einen Stau im Stroemungsluv erzeugen koennte? Das Boot treibt ja mit dem Fluss. (Natuerlich gibt es fuer die Zeit vor, bei und nach dem Loswerfen der Festmacher eine Stoemung aus Stroemungsluv, bis das Boot auf Fliessgeschwindigkeit des Flusses beschleunigt hat.) Sobald ich Fahrt aufnehme, kommt die Stroemungskomponente von vorne.

Sobald ich den Zustand des Treibens veraendere, koennen nur Einflussfaktoren dazukommen, die aufgrund der Zustandsaenderung entstehen.

(Der Lateralplan kann dennoch einen, wahrscheinlich in der Groesse vernachlaessigbaren, Einfluss auf den Spritverbrauch haben. Das ist jedoch nicht so sehr auf dessen Groesse, als auf Wirkung und Effizienz der Kombination Kiel/Ruder zurueckzufuehren. Dieser Einfluss gilt aber auch in stehenden Gewaessern, ist also hier nicht relevant.)

Vielleicht liest Du nochmals meinen Beitrag, in dem ich das Beispiel mit dem im Fluss treibenden Tank beschrieben habe.

[Heimfried]

Zitat von Sayang

Vielleicht liest Du nochmals meinen Beitrag, in dem ich das Beispiel mit dem im Fluss treibenden Tank beschrieben habe.

Das habe ich gerade nochmal getan. Wenn das Fass treibt, hast du auch recht. Ich bin aber der Meinung, dass das in unserem Beispiel nicht der Fall ist, weil das Boot nicht treibt, sondern gegen die Strömung anfährt.

Das ist der entscheidende Unterschied zwischen unseren Betrachtungsweisen.
Ich denke, dass es für die zwischen Wasser und Rumpf wirkenden Kräfte keinen Unterschied macht, ob das Boot mit der Kraft der Festmacherleine so festgehalten wird, dass es keine Fahrt über Grund macht (also FdW = StG), oder ob es, verursacht nur durch eigenen Vortrieb, genau die gleiche Position hat (FüG = 0, FdW = StG). (In der Mechanik gilt, dass Kräfte entlang ihrer Wirkungslinie verschoben werden können.)