Kan mijn boot omslaan?

4 januari 2019

Hoe scheef kun je gaan voordat je omslaat?

Je kent vast die imposante beelden van een internationale zeilwedstrijd als de Volvo Ocean Race of de America’s Cup. Van gestroomlijnde boten die met hun grote zeilen stevige snelheden maken en als een warm mes in de boter door het water snijden. Toch slaan ze, hoe schuin ze dan ook hangen, niet om. Hoe zit dat?

Drijfvermogen
Natuurlijk, een boot blijft drijven en een baksteen niet. Dat zal niet veel mensen verbazen en we zullen je ook niet lastigvallen met natuurkundige termen als opwaartse kracht, massadichtheid en drijfvermogen. Ook geldt dat hoe meer lucht een voorwerp bevat, hoe lastiger het is om het onder water te trekken.

Een tafeltennisballetje onder water houden kost niet veel moeite. Maar bij een lege jerrycan wordt het al snel lastiger. En wie JAWS wel eens gezien heeft, weet hoe onwaarschijnlijk het is dat de haai uit die film zo lang met drie grote plastic tonnen onder water blijft. Maar we hebben het hier niet over het drijfvermogen van de boot op zich, maar veel specifieker over het vermogen van een hellende boot om ondanks de spectaculaire krachten van wind en water niet om te slaan. Wat gebeurt daar precies?  Om daar iets meer over te weten, moeten we het hebben over de twee vormen van stabiliteit die invloed hebben op het ‘boven water blijven’ van een zeilboot. Dat zijn vormstabiliteit en gewichtsstabiliteit.

Hellend koppel
Laten we eerst nog eens teruggaan naar de pingpongbal en de jerrycan: hoe meer volume je onder water wilt houden, hoe meer kracht je nodig hebt. Probeer zo’n plastic jerrycan eens onder water te trekken. Dat valt niet mee, want zodra je een deel onder het wateroppervlak houdt, wil die terug naar boven springen. Om de jerrycan op zijn eigen kracht onder te dompelen, zal je hem volledig met water moeten vullen.

Stel je nu eens voor dat het de boot is die je onder water wil trekken. Of eigenlijk, dat de wind zoveel vat heeft op de zeilen dat de boot opzij getrokken wordt. Ook dat valt niet mee, want de weerstand van de boot en de diverse onderdelen aan de onderzijde (het roer en het zwaard of de kiel) zorgen voor een tegenwerkende kracht. We noemen dat ook wel het hellend koppel; de combinatie maakt dat de boot schuin trekt. De zeilboot helt, maar slaat niet om. Dat komt door de stabiliteit.

Stabiliteit
We noemden ze al even: vormstabiliteit en gewichtsstabiliteit. Bij dat eerste kun je een platte, brede boot als voorbeeld nemen, waarbij in algemene zin geldt: hoe breder de romp, hoe stabieler het schip. Denk bijvoorbeeld maar aan het verschil tussen een breed vlot en een smalle kano: de eerste ligt een stuk stabieler op het water. Als een boot recht op het water ligt, dan heffen zwaartekracht en opwaartse kracht elkaar min of meer op en is het vrijwel onmogelijk het gevaarte naar beneden te trekken, of er moet misschien een enorme octopus met boze plannen opduiken.

Wanneer een platte, brede zeilboot door de wind schuin getrokken wordt, verdwijnt een deel van de massa onder het wateroppervlak en wordt het drukpunt verplaatst – naar de zijde die onder water ligt: het koppel van zwaartekracht en opwaartse kracht trekt het geheel weer recht. Dat heet oprichtend koppel.

Bij gewichtsstabiliteit wordt het evenwicht van de boot vooral door de kiel bepaald. Daarom zie je dat de professionele zeilboten van een internationale race zo’n lange kiel hebben die diep in het water steekt. Een zware, diepe kiel maakt dat het zwaartepunt van de boot onder het drukpunt ligt. Zodra de boot schuin komt te liggen, wordt het oprichtend koppel groter door de invloed op de zwaartekracht en de opwaartse kracht en wordt het geheel in balans gehouden.

Deze krachten samen zorgen ervoor dat de boot niet omslaat.

Copyright 2019 Pean |
Ontwikkeld door Convident