Können Schiffe gegen den Wind segeln?

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Kann ein Schiff gegen den Wind segeln? Dass das Segeln direkt gegen den Wind nicht möglich ist, dürfte einleuchten. Die Frage ist allerdings, ob es möglich ist, schräg gegen den Wind zu segeln, und wenn ja: Wieso?

Es ist möglich, schräg gegen den Wind zu segeln, ansonsten wäre die Verbreitung von Segelbooten wohl weitaus geringer. Wenn man dieses nutzt und dabei abwechselnd mit der Steuer- und Backbordseite zum Wind segelt, spricht man auch vom Kreuzen.

Die Frage, warum es beim Kreuzen möglich ist, sich gegen den Wind zu bewegen, soll hier bearbeitet werden. Hauptaugenmerk soll dabei auf den Vortrieb gelegt werden.


Aufgabenstellung

Stift.gif   Aufgabe
  1. Wieso kann man gegen den Wind segeln? (Hinweis: Vergleichen Sie ggf. die Form eines Segels mit der eines Flugzeugflügels)
  2. Welche Faktoren haben Einfluss auf die Geschwindigkeit eines Segelbootes?
  3. Stellen Sie mithilfe des Taschenrechners graphisch dar, wie sich die Vortrieb eines Segelbootes in Abhängigkeit von der Stellung des Segels verändert.
  4. Für einen 90°-Kurs zum Wind gilt eine Segelstellung von ca. 45° als optimal, für einen 30°-Kurs eine Segelstellung von ca. 15°. Überlegen Sie, wieso diese Werte optimal sind.

Hinweise:

  • Es soll lediglich der durch den Tragflächeneffekt hervorgerufene Vortrieb berücksichtigt werden.
  • Fahrtwind, Strömung, Wasserwiderstand, etc. können vernachlässigt werden.
  • Das Segel kann vereinfacht als Sehne dargestellt werden.

Bezug zum Lehrplan

Die hier dargestellten Lösungsvorschläge für das Problem gliedern sich in den Bereich Lineare Algebra/Geometrie ein. Besonders gefördert werden hierbei:

  • die Idee des Messens
  • die Idee des mathematischen Modellierens

Rolle der Technologie

Die Technologie unterstützt insbesondere eine dynamische Umsetzung (Segelstellung lässt sich verändern) und vereinfach die Vorstellung eines Modells (in diesem Fall eines Kräfteparallelogramms).