Board-Gewicht / Auftrieb

1. offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    ich frage mich ob das Board-Gewicht vor dem Hintergrund der Auftriebs-Gesetzte s.u. nicht überschätzt wird.

    An Land macht es natürlich einen großen Unterschied, ob ein Windsurfboard 7 oder 10 kg wiegt, doch auf dem

    Wasser fällt aufgrund des Auftriebs der Unterschied geringer aus (Auftriebsgesetzte des Archimedes).

    Mir fällt zumindest auf, dass der Gewichtsunterschied von ca. 2,5 kg bei 2 vergleichbaren Freerideboards

    auf dem Wasser in Bezug auf Fahrverhalten, Angleiten und Gleiten gefühlt gar nicht so groß sind.

    Da kannte Archimedes vor 2.236 Jahren vielleicht schon die Antwort....

    Wie sind Eure Meinungen und Erfahrungen ?

    ***************

    Archimedes fand heraus, dass der Auftrieb bzw. die Verminderung der Gewichtskraft in einer Flüssigkeit gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit ist.

    Ein Gegenstand wird im Wasser genau um den Prozentsatz seines Volumens, das von Wasser verdrängt wird, leichter. Dieser Prozentsatz entspricht dem Verhältnis der Dichte des Wassers zur Dichte des Materials des Gegenstands.

    Berechnung:

    Der Auftrieb FAF_AFA ist gleich dem Gewicht des verdrängten Wassers, was durch das Archimedische Prinzip beschrieben wird:

    FA=ρWasser⋅V⋅g

    Dabei ist:

    • ρWasser die Dichte des Wassers,
    • V das Volumen des verdrängten Wassers (bzw. des untergetauchten Teils des Gegenstands),
    • g die Erdbeschleunigung.

    Das Gewicht des Gegenstands im Wasser reduziert sich also um den Betrag FA.

    Wenn der Gegenstand vollständig untergetaucht ist, dann wird er um einen Prozentsatz leichter, der dem Verhältnis der Dichte des Wassers zur Dichte des Gegenstands entspricht:

    • Beispiel: Ein Gegenstand aus einem Material mit der doppelten Dichte von Wasser würde 50 % seines Gewichts verlieren, wenn er vollständig untergetaucht ist.
    • Für schwimmende Gegenstände: Wenn ein Gegenstand an der Oberfläche schwimmt, dann verdrängt er gerade so viel Wasser, wie seinem Gewicht entspricht. In diesem Fall ist das Verhältnis von verdrängtem Wasser zum Gesamtvolumen des Gegenstands genau der Anteil des Volumens, das unter Wasser ist. Das bedeutet, dass der Gegenstand nur um den Auftrieb des verdrängten Volumens leichter wird, und der Prozentsatz hängt davon ab, wie viel des Gegenstands unter Wasser ist.

    Also, m.E. bezog sich Archimedes auf die Verdrängung im Stillstand, also in der Hydrostatik.

    Der hydrodynamische Auftrieb des Boards beim Angleiten wird maßgeblich von dem Volumen und seiner Verteilung erzeugt.

    Hier kann ein geringeres Gewicht das Angleiten begünstigen.

    Beim Gleiten selber wird der hydrodynamischer Auftrieb durch die Anströmung des Unterwasserschiffs des Boards in Zusammenarbeit mit der Finne erzeugt.

    Hier kann ein geringeres Gewicht die Fahrdynamik (Beschleunigung bei Böen oder Richtungsänderungen in der Welle) begünstigen.

    Ich meine, es spielt keine Rolle, ob das Board selbst 2 kg mehr wiegt oder ob ich oben auf

    das Board (oberhalb des Wassers) ein Gewicht mit 2 kg aufbringe. 2 kg sind 2 kg, ob unter Wasser

    oder knapp über Wasser.

    Beim Angleiten habe ich die 2 kg aber lieber „am Körper“, da kann ich die nämlich gegen den Wind

    einsetzen und sie drücken nicht so nach unten und bremsen wie ein schweres Board.

    Zurück zum Thema:

    Wenn man 2 gleiche Boards nimmt z.B. Tabou Rocket + 133, dann wiegt das MTE 9,3 und das Team 7,6 kg, das sind 1,7 kg und daher hat das Team mehr Auftrieb beim gleichen Volumen und gleitet (Labor Messung) früher an.

    8):thumbup:

    • Offizieller Beitrag

    Wir hatten das Thema schon mal ausführlich:

    Gretchenfrage: Warum kann ein Teller (oder eben ein Schiff) schwimmen?

    8o
    Nein, es liegt nicht am Volumen.

    Dieser Text wurde nach alter, neuer und eigener Rechtschreibung geschrieben und ist daher fehlerfrei!
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    Check out:
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    Um auf die anfängliche Frage zurückzukommen, eindeutig ja.

    Wenn ein Board 0,5 oder selbst auch 1kg leichter oder schwerer ist, wird man den Vorteil beim angleiten messtechnisch nicht nachweisen können. Gefühlt sind das natürlich Welten, is ja klar.

    Hier gehen betreffend Einfluß des Board-Gewichts einige Dinge durcheinander.

    Ich versuche es ohne Fachchinesisch zu klären, wobei wir uns erst nochmal die verschiedenen Fahrzustände mit statischem und dynamischen Auftrieb verdeutlichen sollten. Etwas länger kann es werden. Es läßt sich eben nicht alles in 2 Sätzen sagen. Die Auflösung kommt weiter hinten , ist aber verständlicher mit dem vorderen Textteil.

    1. "Der Archimedes" ist primär relevant, wenn das Board nicht in Fahrt ist - also z.B. beim Schotstart oder Dümpeln, wenn der Wind komplett verschwindet.Für das Verhalten (insbesondere Kippstabilität) des Boards bei keiner oder geringer Fahrt ist zusätzlich die Volumenverteilung von Bedeutung. Bsp.: Boards mit sehr dünnen Kanten und starker Decküberrundung sind z.B. kippeliger. Eine (Board-) Gewichtsdifferenz vo 1 - 3 kg spielt hier nur eine untergeordnete Rolle.

    2. Angleiten: In sehr langsamem Dümpeln ist das Board in Verdrängerfahrt (also wie ein Frachschiff, daß nicht ins Gleiten kommen kann oder auch eine klassische Segelyacht, deren Geschwindigkeit durch ihre Länge begrenzt ist (Wellensystem auch Bug-, Quer- und Heckwelle, daß man schön bei Standard-Segelyachten beobachten kann). Beim Dümpeln mit dem Board ist man auch in so einem Wellensystem - es ist nur nicht so deutlich sichtbar.

    Der Gleitzustand und damit deutlich höhere Geschwindigkeit erfordert, daß das Segelboote und natürlich unsere Surfboards einen Strömungsabriß im hinter Bereich erreichen und die eigene Bugwelle überholen.

    Dazu ist dynamischer Auftrieb erforderlich, der durch die Aufwärtskomponente der Wasserströmung am Unterwasserschiff entsteht.

    Dabei wirken vor allem Scoop- und Rockerverlauf mit der Kantengestaltung zusammen.

    Im Angleiten hebt sich der vordere Teile des Boards und überholt die Bugwelle und im hinteren Bereich des Boards reißt die Strömung ab wobei nicht nur am Heck, sondern auch seitlich die Kanten des Boards frei werden.

    Den seitlichen Wasserabriß kann man beim Angleiten sehr schön erkennen, wenn man mal kurz nach unten schaut.

    (Ja, ja ich weiß schon, das ist angeblich unmöglich und nur Idioten tun so etwas).

    Das Gewicht (des Boards) spielt hier auf den ersten Blick nur eine untergeordnete Rolle, solange wir nur über Surfboards sprechen.

    Im Vergleich zu Segeljollen und-yachten spielt das geringe Gewicht von Surfboards natürlich eine entscheidende Rolle.

    Der dynamische Auftrieb ist bei den Seglern in Relation zum Gewicht sehr viel geringer.

    Erst mit sehr leichten Materialien und/oder Foils können inzwischen auch Hochsee-Rennyachten voll Gleiten oder Foilen.

    Bsp.: Drohnen-Video der IMOCA-Hochsee-Rennyacht "Malizia" im Southern Ocean mit 30 Knoten Speed (ab 30 sec. geht es richtig los)

    https://duckduckgo.com/?t=ftsa&q=Yout…v%3D4lBrfWnFRWM

    3. Volle Gleitfahrt

    Der Wasser-Widerstand des Boards hat sich durch Strömungsabriß und Überholen der Bugwelle drastisch reduziert, was deutlich höhere

    Geschwindigkeiten ermöglicht.

    SO WEIT - SO GUT

    Was haben wir aber bislang in Bezug auf das Gewicht (besser bezüglich die Masse) bislang überhaupt nicht berücksichtigt ???

    Wir haben ausschließlich an die Gewichtkraft durch die Erdanziehung gedacht und die Massenträgheit durch Bewegung vergessen.

    Empfehlung: Mastober- oder Unterteil in der Mitte anfassen und mit blockiertem Handgelenk durch Drehung des Unterarms schnell hin- und her rotieren.

    (Mit dem Unterarm als Rotationsachse). Das Mastteil wiegt höchsten 1 kg aber der Drehwiderstand des Mastteils ist beträchtlich. Man nehme zum Vergleich eine 1kg Packung Mehl, Müsli oder sonst etwas mit 1kg in kompakter Verpackung.

    Ganz offensichtlich ist es wesentlich leichter die 1 kg Packung schnell hin- und her zu rotieren als das Mastteil.

    Eine Masse an einem Hebel hin- und herzubewegen (also im Wechsel zu beschleunigen und abzubremsen erfordert Kraftaufwand und damit Energie - und zwar umso mehr, je weiter die Masse vom Drehpunkt entfernt ist. Das ist in Technik und Physik als Trägheitsmoment geläufig - im Unterschied zur Trägheitskraft.

    Beim Angleiten und noch mehr in voller Gleitfahrt bewegt sich das Borad nicht nur in Fahrtrichtung, sondern auch durch Wellen.

    Dabei ist der Drehpunkt tendenziell eher hinten, wo der Surfer steht. Der längste Hebel mit Boardmasse ist dann der Abstand zum vorderen Teil des Boards. 100 g mehr oder weniger Boardgewicht im Bugbereich macht sich also stärker bemerkbar (Energieaufwand) als 100 g im Board im hinteren Bereich. Ein leichteren Board braucht also nicht soviel Energie für die dynamischen Bewegungen des Boards und behält damit etwas mehr Energie für die Geschwindigkeit. Das gilt besonders, wenn die eingesparte Masse im vorderen Boardteil ist.

    Dieses erklärt auch, warum eine ausgedehnte Mahlzeit (vor dem Surfen) oder 3 kg Winterspeck weniger ausmachen als 1 kg weniger Boardgewicht im vorderen Teil.

    Das Prinzip läßt sich leicht übertragen auf starke Steuerimpulse (z.B. bei Cut-Backs auf der Welle) und bei Sprüngen (insbesondere solche mit Rotationen.)

    Wir sehen: Das Boardgewicht (besser gesagt die Boardmasse) an sich ist nicht so entscheidend wie die Verteilung der Masse über der Boardlänge.

    Ein leichteres Board mit entsprechender Massenverteilung fühlt sich deshalb etwas lebendiger an und kann auch etwas schneller sein. Zudem sind Manöver mit starker Rotation (z.B. Freestyle, Loops etc.) etwas leichter.

    Allerdings spielen diverse andere Effekte des Shapes und der Bauweise auch erhebliche Rollen.

    Kehrseiten betreffend Haltbarkeit und Kontrolle beim Fahren kann es bei weniger Boardmasse/Trägheitsmoment natürlich auch geben.

    Ich hoffe, es war und ist verständlich.

    Ja viel Text, simple Aussage von mir steht aber noch, nicht messtechnisch nachweisbar, aber gefühlt doch feststellbar.

    Mit Verteilung der Masse und Trägheitsmomente hier zu kommen, führt meine Meinung nach zu weit. Das ist eindeutig over engineered.

    Zitat von Hifly666

    Ja viel Text, simple Aussage von mir steht aber noch, nicht messtechnisch nachweisbar, aber gefühlt doch feststellbar.

    Mit Verteilung der Masse und Trägheitsmomente hier zu kommen, führt meine Meinung nach zu weit. Das ist eindeutig over engineered.

    Sorry, das ist "very basic engineering" (1. Semester Mechanik) und widerspricht dem Gefühl in keiner Weise.

    Jeder halbwegs fähige Shaper und Boardhersteller kennt diese Zusammenhänge und wendet sie an.

    Hmmm. Wenn ich das fühlen kann, kann ich es auch messen. Umgekehrt wird ein Schuh draus: nicht alles was ich messen kann, spüre/fühle ich auch.

    Niedrigeres Gewicht müsste z.B. das Angleiten bei etwas weniger Wind ermöglichen. Wieviel kann das sein?

    Oder die Endgeschwindigkeit erhöhen.

    Hängt dann von der Interpretation von „sinnvoll“ ab. Ich bleib dabei: wenn ich es fühlen kann, kann ich auch prinzipiell was messen. Also fühlen im Sinne von „bemerken“. Und das ist dann eigentlich schon fast eine Messung.

    Super, tausend Dank für die Info. Prima erklärt. Ist immer wieder faszinierend, die physikalischen Gesetzmäßgikeiten

    an dem Beispiel "Windsurfen" anzuwenden. Danke nochmals. Beste Grüße, Kristian

    Um es mal etwas klarer zu machen was ich meine Delphi, du vergleichst deine Masthälfte mit einem Paket Mehl. Es geht hier aber um etwa 1kg also etwa 10 % Unterschied an Gewicht/ Masse. Das ist in etwas so als ob dimu nun zwei Masthälften vergleichst, die eine 1kg die andere 0,9 kg. Hier sind die Unterschiede der Trägheitsmomente sehr wenig unterschiedlich. Nicht viel anders verhält es sich doch bei den Boards. Mathematisch sicher nachweisbar, aber praktisch nicht wirklich erfahrbar.