Icon up Overzicht

Stabiliteit op een zeilboot

Onderwerp: Kracht in evenwichtssituaties

Bij de Volvo Ocean Race strijden iedere drie jaar de beste oceaan zeilers tegen elkaar in een race rond de wereld. De deelnemende boten beschikken over enorme lappen zeil en als het hard waait op de oceaan kunnen de boten behoorlijk schuin gaan.

 

Waardoor komt het eigenlijk precies dat deze boten zo hellen? En voor de zeilers misschien nog wel belangrijker, hoe worden deze boten overeind gehouden, zodat ze niet omslaan? In dit artikel wordt uitgelegd welke hellende krachten er werken op een zeilboot en welke krachten er voor zorgen dat de boot niet omslaat.

Waarom de boot schuin gaat

Zoals in het artikel Sneller zeilen dan de wind te lezen is, heeft de kracht van wind in het zeil van een boot een component loodrecht op de vaarrichting. Door deze opzij gerichte kracht in het zeil, wordt de boot opzij geduwd.

 

Tegelijk zorgt de weerstand van de romp, het roer en het zwaard of de kiel, voor een driftbeperkende kracht, die zorgt dat de boot niet gemakkelijk opzij beweegt. Denk aan een peddel in het water. Het kost veel kracht om de peddel dwars door het water te bewegen, terwijl de peddel gemakkelijk met de scherpe kracht door het water snijdt. Hierdoor beweegt de boot gemakkelijk naar voren maar kost het veel kracht om de boot opzij te laten bewegen.

Door deze driftbeperkende kracht ontstaat er een koppel dat de boot schuin trekt. Dit wordt binnen de zeilwereld het hellend koppel genoemd.

 

Stabiliteit

We hebben nu gezien welke krachten ervoor zorgen dat een boot schuin getrokken wordt. Gelukkig zijn er ook krachten die juist stabiliserend werken, anders zou de boot omslaan. Als je naar de stabiliteit kijkt kun je schepen grofweg onderverdelen in twee categorieën: vormstabiele schepen en gewichtstabiele schepen.

Vormstabiliteit

Bij vormstabiele schepen is het voornamelijk de vorm van de romp die zorgt dat de boot zoveel mogelijk recht blijft. Vormstabiele schepen zijn vaak plat en breed.

In het algemeen geldt: hoe breder de romp, hoe stabieler het schip.

Als je in het zwembad een bal onder water houdt voel je een opwaartse kracht, die de bal omhoog drukt. Volgens de wet van Archimedes is de opwaartse kracht op een lichaam onder water gelijk aan het gewicht van het verplaatste water. Voor een drijvend schip wordt de zwaartekracht op het schip precies opgeheven door de kracht van het verplaatste water door het deel van het schip dat zich onder water bevindt; hierdoor blijft het schip drijven.

Net als voor de zwaartekracht is er een punt waar de opwaartse kracht van het water aangrijpt, het drijfpunt, in de afbeelding aangegeven met (D). Als een schip recht op het water ligt, ligt het drijfpunt, net als het zwaartepunt, in het midden van de boot, en heffen de zwaartekracht en de opwaartse kracht elkaar precies op (zie afbeelding).

 

Op het moment dat een plat, breed, schip door de wind schuin wordt getrokken, komt een deel van het schip onder water en een deel van het schip boven water te liggen. Hierdoor verplaatst het drukpunt zich in de richting van de zijde van de boot die onder water ligt. Hierdoor ontstaat er een koppel van de zwaartekracht en de opwaartse kracht waardoor de boot wordt rechtgetrokken. Dit wordt het oprichtend koppel genoemd.

De sterkte van het koppel is gelijk aan de arm tussen het drukpunt en het zwaartepunt maal de grootte van deze krachten. Hoe breder een schip, hoe groter de arm tussen de zwaartekracht en de opwaartse kracht, dus hoe groter het oprichtend koppel. Een breed vlot is stabieler dan een smalle kano.

Gewichtstabiliteit

Gewichtstabiele schepen hebben hun stabiliteit aan een kiel te danken. Door een zware, diepe, kiel komt het zwaartepunt van de boot onder het drukpunt te liggen. Op het moment dat het schip begint te hellen, ontstaat er een oprichtend koppel. Hoe schuiner de boot gaat, hoe groter de arm tussen de zwaartekracht en de opwaartse kracht. Hierdoor wordt het oprichtend koppel groter naarmate de boot schuiner gaat.

 

Op het moment dat de boot meer dan negentig graden helling heeft, de boot is gekapseisd, wordt die arm weer kleiner en hierdoor het oprichtend koppel minder sterk.