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  #16  
Alt 27.11.2005, 13:15
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clem clem ist offline
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Zitat:
Zitat von Bernd das Brot
hatte 13 punkte inner abi-prüfung physik-lk

blöd binsch also nit


auftrieb unabhängig von lage und raum --- binsch auch einverstanden

aber: auf die finne, wie bei einem flugzeugflügel wirkt doch keine kraft oder?
durch die "gleiche" bausweise auf beiden seiten


hmmmmm, weiter weiß ich net
Touche..! Man bedenke aber die von mir oben beschriebene nicht symmetrische Fahrt durch`s Wasser.Da ist dann nix mehr mit baugleich!.Gruss,Clem.
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  #17  
Alt 27.11.2005, 17:54
juhu juhu ist offline
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hab dazu mal was inner schule gemacht, wens interessiert. ach, teilweise wurde die nichtkenntnis der lehrer ausgenutzt und ein bisschen gemogelt, äh mit den bildern scheint das nicht ganz geklappt zu haben mitm einfügen, also wens interessiert per mail:


Fortbewegung aquatischer Lebewesen mit Vertiefung in die Hydrodynamik und Anwendung auf das Praxisbeispiel Windsurfen

Inhaltsverzeichnis………………………...……………………….S. 1

1.Einleitung………………………………………………………..S. 2

2.Die Fortbewegung aquatischer Lebewesen/Hydrodynamik....S. 2

2.1 Physikalische Vorraussetzungen für die Fortbewegung……………….…S. 2

2.1.1 Allgemeines……………………………………………………………………S. 2

2.1.2 Der Vortriebsimpuls…………………………………………………...………S. 3

2.1.3 Physikalische Vorraussetzungen des strömenden Mediums…………………..S. 3

2.1.3.1 Die Reynolds-Zahl………………………………………………………………………..….S. 4

2.1.3.2 Die Maximalgeschwindigkeit im laminaren Bereich……………………………………S. 5

2.2 Anforderungen an die Fortbewegung……………………………………..S. 6

2.2.1 Allgemeines…………………………………………..………………………..S. 6

2.2.2 Der diskontinuierliche Vortrieb……………………………………………….S. 6

2.2.3 Der kontinuierliche Vortrieb……………………………………………….….S. 6

2.3 Die Möglichkeiten der Undulation………………………………………..S. 9

2.3.1 Die Rumpf-/Flossenundulation………..………………………………………S. 9

2.3.2 Die Bedeutung der Schwanzflosse für die Undulation…………………….....S.10

2.4 Verschiedene Schwimmer………………………………………………..S.11

2.4.1 Langsame, schwimmende Fische……………………………………………..S.11

2.4.2 Langsam schwimmende Tetrapoden………………………………...………..S.11

2.4.3 Schnelle Schwimmer im laminaren Bereich………………………………….S.12

2.4.4 Schnelle Schwimmer im turbulenten Bereich…………………………...……S.12

3. Anwendung der Erkenntnisse auf das Windsurfen…………S.13

3.1 Einführung ins Windsurfen…………………………………………...….S.13

3.2 Grundlagen des Windsurfens…………………………………………….S.14

3.3 Vergleich Windsurfen – Aquatische Lebewesen...………………………S.15


3.4 Die Finne…………………………………………………………………S.16

3.5 Die aquatische Undulation, angewandt auf die Finne……………………S.17

3.6 Flex und Twist……………………………………………………………S.18

3.7 Auswirkungen der Undulation auf die Finne…………………………….S.19

3.8 Der Spinout………………………………………………………………S.19

3.9 Die Form der Finne……………………………………………………....S.20

4. Resumée……………………………………………………..…S.20
5. Anhang…………………………………………………...…….S.21
- 1 -
1. Einleitung

Ich windsurfe nun bereits seit mehr als 12 Jahre und da Windsurfen ein sehr praxisorientierter Sport ist habe ich mir eigentlich nie Gedanken darüber gemacht was da eigentlich unter meinen Füßen vor sich geht. Im Zuge des Bionik-Seminarkurses bot sich mir die einmalige Gelegenheit dies zu ändern. Ich wusste bereits, dass ein Surfer vom Wind angetrieben wird. Aber ist dies wirklich nur der Wind der einen Surfer fortbewegt? Und was hat es mit der Finne auf sich, die ja auf den ersten Blick einer Fischflosse gleicht? Gibt es dort Gemeinsamkeiten, hat der Surfer diese Formen und etwa auch einen Teil seiner Fortbewegungstechnik von den Fischen abgeschaut? Diese Fragen und mehr werde ich in meiner Seminararbeit beantworten. Dabei werde ich auch die physikalisch relevanten Zusammenhänge erklären und auf die Fortbewegungsarten allgemein von Tieren im Wasser eingehen, um dann aus diesem Wissen Rückschlüsse auf die Mechanik und Technik des Windsurfens ziehen zu können.

2. Die Fortbewegung aquatischer Lebewesen/Hydrodynamik

2.1 Physikalische Vorraussetzung für die Fortbewegung

2.1.1 Allgemeines

Man geht davon aus, dass sich aquatische Lebewesen im Laufe der Evolution an ihre Umgebung angepasst haben. Da Wasser ähnliche Eigenschaften wie Luft hat, kann man Kenntnisse der Aerodynamik teilweise aufs Wasser übertragen.
Alle Fortbewegungen, an Land in der Luft sowie im und über dem Wasser funktionieren nach dem Prinzip actio = reactio. Dabei wird eine Kraft in eine bestimmte Richtung ausgeübt, die eine adäquate Reaktion, eine Gegenkraft in die entgegen gesetzte Richtung hervorruft.
Prinzipiell besteht die Fortbewegung bei allen aquatischen Tieren darin, eine möglichst große Menge Wasser entgegen der Bewegungsrichtung auf möglichst hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, so dass als Reaktion eine Bewegung in die gewünschte Richtung erzielt wird. Schon Einzeller nutzen diese Fortbewegung – die Ciliarbewegung. Durch die Zelldifferentierung haben sich dann im Laufe der Evolution Zellen die Arbeit eingeteilt und so sind beispielsweise Flossen entstanden.

- 2 -
2.1.2 Der Vortriebsimpuls

Bei der Vortriebserzeugung ist das Prinzip des Vortriebsimpulses wichtig, dabei beträgt die zeitliche Änderung des Vortriebsimpulses:

I/ t = ms * (V2 -V0)

mit ms = sekündlich bewegte Masse des Wassers [kps/m], t = Zeitintervall [s], V2 = Geschwindigkeit der Abströmung am Rumpfende [m/s], V0 = Geschwindigkeit der Anströmung

- Diese Beziehung zeigt, dass der Vortrieb von der sekündlich bewegten Masse sowie der Zunahme an Geschwindigkeit abhängt, die ein Tier dieser Wassermasse erteilen kann.
- Bei aktiv fliegenden Tieren wird in analoger Weise Luft nach hinten bewegt, wegen des erforderlichen aerodynamischen Auftriebs mit einer erheblichen Komponente nach unten
- Der Vortrieb bei Schwimmern ergibt sich als Reaktion auf die Wasserbeschleunigung. Er ist am größten, wenn das Tier aus dem Stand beschleunigt, da die Anströmgeschwindigkeit V0 dann noch Null ist
- Höchstgeschwindigkeit ist erreicht, wenn Anström- = Abströmgeschwindigkeit, es wird kein umgebendes Wasser mehr beschleunigt

Bei gleichmäßiger oder stationärer Fortbewegung ist der Hydrodynamische Widerstand gleich dem Vortrieb.
Bei Formen, die schwerer als das Medium sind, muss zusätzlich eine Auftriebskraft erzeugt werden, um der Erdanziehung entgegen zu wirken. Dies ist bei allen aquatischen Lebewesen der Fall.1

2.1.3 Physikalische Vorraussetzungen des strömenden Mediums

Damit dieses Prinzip optimal funktioniert, sollte das umgebende Medium (hier: das Wasser) möglichst eine hohe Dichte haben, damit die Flossen die den Vortriebsimpuls herbeiführen effektiv arbeiten können. Gleichzeitig aber sollte das umströmende Medium eine hohe Dünnflüssigkeit (geringe Viskosität) besitzen, da der Rumpf ja samt Flossen möglichst ohne Reibungswiderstand durch das Medium gelangen muss.

- 3 -
2.1.3.1 Die Reynolds-Zahl

Um die Eigenschaften des strömenden Mediums zu erklären, ist die Reynolds-Zahl (Re) hilfreich. Diese definiert die Reibungskräfte zu den Trägheitskräften in einem Strom.

Definition: Re = V * L/ ,

mit V = Strömungsgeschwindigkeit (m/s), L = Länge des umströmten Körpers in Strömungsrichtung (in m),  = kinematische Zähigkeit, bei Wasser ca. 1,16 * 10-6 (m2/s)

Eine hohe Reynolds-Zahl bedeutet zunehmende Trägheitskräfte, das bedeutet es treten vermehrt Fliehkräfte an einem gekrümmten Rumpf auf. Dies ist in folgender Graphik veranschaulicht:

Abb.1

zu a: Der orange Körper stellt einen Rumpf bzw. eine Flosse dar, die leicht zur Strömung (rote Linien) angestellt ist. Das Medium (Wasser) umströmt den Körper in parallelen Schichten, die sich nicht gegenseitig beeinflussen oder stören, man sagt er wird laminar umströmt. Dies ist bei niedrigen Geschwindigkeiten bzw. Rumpflängen der Fall. Bei einer Reynolds-Zahl von unter 102 spielen die Trägheitskräfte noch keine große Rolle. Das strömende Medium kann jede Kante oder Unebenheit umfließen. In diesem Bereich ist ein kantiger Rumpf ausreichend.

Anders bei b: bei zunehmender Geschwindigkeit bzw. längeren Rümpfen ist dies anders. Durch die zunehmenden Trägheitskräfte bei hohen Geschwindigkeiten kann das

- 4 -
Medium nicht mehr jede Kante umströmen, die Strömung fließt nun nicht mehr parallel
(laminar) sondern löst sich ab und bildet Verwirbelungen, der Rumpf befindet sich nun im turbulenten Bereich. Damit sich die Strömung nicht mehr so frühzeitig ablöst, sollte das Profil des Rumpfes verdickt, gekrümmt und stromlinienförmig gemacht werden. Dies passiert etwa ab einer Reynolds-Zahl von 104. Außerdem geht im turbulenten Bereich aufgrund der Verwirbelung des strömenden Mediums viel Energie verloren.

Im Übergangsbereich zwischen a und b treten Mischformen auf. Auch sind die angegebenen Grenzen stark vereinfacht berechnet. Faktoren wie die Wassertemperatur, Wasserart (Salz- oder Süßwasser) und genaue Form des Rumpfes können nur sehr kompliziert in die Formel eingebracht werden.
Bei perfekt glatten Oberflächen lässt sich die kritische Reynolds-Zahl, bei der die Strömung von laminar nach turbulent umschlägt auf bis zu 106 hinauszögern.
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  #18  
Alt 27.11.2005, 17:57
juhu juhu ist offline
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2.1.3.2 Die Maximalgeschwindigkeit im laminaren Bereich

Die Geschwindigkeit die ein Körper maximal erreichen kann bis er in den turbulenten Bereich kommt wird wie folgt berechnet:

Vmax. zul = Rekrit* /L max

Nimmt man beispielsweise an, dass die kritische Reynolds-Zahl bei einem Fisch 5 * 105 ist und er 50cm lang ist, dann ergibt sich aus 5 * 105 * 1.16*10-6/0.5=1.16 also eine Maximalgeschwindigkeit von 1.16 m/s.
Ein Fisch der nur 0.2 m lang ist, darf unter den selben Umständen bereits 2.9 m/s schnell sein bevor er in den turbulenten Bereich kommt.
Diese Formel beweist also, dass es stark mit der Körperlänge zusammenhängt , wann eine Strömung vom laminaren in den turbulenten Bereich übergeht.
Ein gutes Beispiel dafür, wie sich die Natur dieser Begebenheit angepasst hat ist wiederum der Piranha. Da er seine bete jagt muss er hohe Geschwindigkeiten erreichen. Möglichst Energie sparend geschieh dies ja im laminaren Bereich. Um die maximale Geschwindigkeit in der er noch im laminaren bereich schwimmt möglichst hoch zu halten, ist sein Körper sowie die Schwanzflosse sehr kurz.2
Abb. 2
- 5 -
2.2 Anforderungen an die Fortbewegung

2.2.1 Allgemeines

Wichtigste Vorraussetzung für schellen und ökonomischen Vortrieb ist eine Minimierung des hydrodynamischen Widerstands und ein möglichst hoher Vortrieb bei geringem Energieaufwand. Zusätzlich benötigen die Tiere eine gute Manövrierbarkeit um Feinden auszuweichen oder selbst zu jagen. Wegen den unterschiedlichen Lebensräumen bzw. –weisen und den damit verbundenen verschiedenen Arten der Nahrungsaufnahme, Fortpflanzung etc. gibt es keine universelle Lösung für den Vortrieb aquatischer Lebewesen.3

Nach Braun und Reif werden Lebewesen, die sich im Wasser Fortbewegen deshalb in zwei Großgruppen eingeteilt: Lebewesen mit diskontinuierlichem und Lebewesen mit kontinuierlichem Vortrieb.

2.2.2 Der diskontinuierliche Vortrieb

Erstere, solche mit diskontinuierlichem Antrieb, sind Lebewesen die sich nur sekundär im Wasser fortbewegen, also beispielsweise Menschen, Vögel etc.. Sie sind meist nicht auf eine ökonomische Fortbewegung im Wasser angewiesen, darum sind ihre Fortbewegungsorgane kaum dem Zweitmedium angepasst. Bei Enten zum Beispiel sind die Flügel lediglich auf die Fortbewegung in der Luft abgestimmt, wobei die Füße Schwimmhäute besitzen um sich nicht nur auf Land, sondern zusätzlich im Wasser fortbewegen zu können. Diese Art der Fortbewegung, das paddeln mit einzelnen Organen ist aber stark ineffizient, Lebewesen mit kontinuierlichem Vortrieb benutzen diese nicht.

2.2.3 Der kontinuierliche Vortrieb

Kontinuierlich bezieht sich hier auf den ausschließlich auf das Wasser begrenzten Lebensraum. Wesentlich effizienter wird hier eine hydrodynamische Vortriebskraft durch umzwungenes Umströmen einer profilierten Fläche erzeugt (siehe…..).
Diese Lebewesen haben es nicht nötig „ihr“ Medium zu verlassen und haben sich daher perfekt angepasst.

- 6 -
Wie bewegen sich nun also Lebewesen dieser zweiten Großgruppe fort?

Dazu ist folgendes Schema hilfreich, das der Aerodynamik entnommen wurde, beispielsweise das Prinzip eines Flügels. Da man laut der Evolutionstheorie davon ausgeht, dass sich Fische und Vögel im Laufe der Zeit aus einer ursprünglich gleichen Form an ihre Umgebung angepasst haben und die Wasser und Luft sich in ihren Eigenschaften ähneln, darf man die Kenntnisse der Aerodynamik in die der Hydrodynamik einfließen lassen:

Abb. 3


Dabei stellen die roten Linien das umgebende Medium, das Wasser dar; der orange Körper die Flosse oder den sich fortbewegenden Körper selbst (z.B. einen Aal). Der Körper wurde durch den zur Flosse gehörenden Rumpf oder selbst durch Muskelkontraktion (z.B. Aal) profiliert und leicht quer zur Strömung gestellt. Dadurch umströmt das Wasser den Körper nicht mehr gleichförmig, sondern mit verschiedenen Geschwindigkeiten auf Ober und Unterseite, wodurch verschiedene Drücke entlang des Körpers erzeugt werden. Dort wo das Wasser langsamer entlang strömt (an der Unterseite in der Abb.) entsteht ein Unterdruck. Dieses Druckgefälle wird wieder ausgeglichen, Wasser wird entgegen der Bewegungsrichtung beschleunigt. Daraus entsteht die SeitenKraft, resultierend aus Auftriebskraft und Widerstandskraft.








- 7 -
Die Flossen- oder Rumpfbewegung, das Undulieren, im Zusammenhang:

Abb. 4

Dabei stilisiert der rote Körper wiederum eine Flosse bzw. einen Rumpf. Die blauen Pfeile stellen die Seitenkraft dar. Es wird die Summation der verschieden gerichteten Seitenkräfte veranschaulicht, die sich zur Bewegungsrichtung addieren.
Bei der Undulation wird Wasser in verschiedene Richtungen bewegt, die als resultierende Kraft eine Vorwärtsbewegung zur Folge hat. Durch Undulation des gesamten Rumpfes, der Flossen oder sogar der einzelnen Schuppen lassen sich verschiedene Richtungen erreichen, der Fisch besitzt eine fast unbegrenzte Wendigkeit. Da diese Organe aber sehr beweglich sein müssen, sind sie in ihrer Steifheit limitiert und lassen nur sehr begrenzte Kräfte und damit nur sehr geringe bewegte Massen und damit Geschwindigkeiten zu. Die Undulationsbewegung lässt sich in beinahe alle Richtungen ausführen, sodass dieses Prinzip zur vollständigen Fortbewegung ausreicht. Ein Rochen bewegt sich ausschließlich durch Rumpfundulation fort, dabei kann er sogar seitlich und rückwärts schwimmen.

Der große Nachteil bei dieser Art der Fortbewegung ist offensichtlich: Es kann, um von A nach B zu kommen, nie der direkteste Weg genommen werden, da die momentane Richtung der Fortbewegung nie gleich ist. Beim Undulieren geht auch sehr viel Energie „verloren“, da Bewegungskräfte die in eine Richtung gerichtet sind „nach der nächsten Kurve“ wieder aufgehoben werden, bzw. zur längerfristigen Bewegungsrichtung verrechnet werden. Trotz dieser gewichtigen Nachteile hat sich die Undulation im Laufe der Evolution bewährt und wird auch weiterhin Fortbestand haben, da sie schlicht und einfache die einzige Möglichkeit ist sich unter Wasser fortzubewegen.

Eine im herkömmlichen Sinne „kontinulierliche Fortbewegung“ wie etwa durch eine Motorschraube gibt es nicht, da kein Lebewesen ein Körperteil um ein anderes kreisen lassen

- 8 -
kann, wie die Schraube dies um den Schaft tut! Eine Schiffsschraube besteht aus mehreren Schaufeln oder auch Steifen Flossen, sie funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie eine Flosse, nur geschieht die Fortbewegung ununterbrochen.4


Abb. 5



2.3. Möglichkeiten der Undulation

2.3.1 Die Rumpf-/Flossenundulation

Dieses Prinzip kann nur durch zwei Arten verwirklicht werden:
Durch bloses alternieren der Flossen, wobei der Rumpf mehr oder weniger starr bleibt (z.B. beim Goldfisch). Diese Art ist ziemlich langsam und der Fisch ist wenig wendig, die Flossen dienen zur Fortbewegung und Lenkung. Diese Art findet man zunehmend bei Zuchtfischen vor, im Laufe der Zeit verkümmert die Rumpfundulation, auch werden die Flossen kleiner, da sich die Tiere in den Zuchtbecken nur wenig bewegen müssen.

Wesentlich sinnvoller ist aber ein alternieren des ganzen Rumpfes (z.B. Aal), die meisten aquatischen Lebewesen nutzen aber beide Möglicheiten bzw. nutzen sie zusammen; dabei variiert das Verhältnis von Rumpf- zu Flossenundulation stark, je nach Anforderung an die Fortbewegung. Der Körper dieser Fische ist sehr flexibel und wendig, außerdem können sie sich mit Hilfe der starken Rumpfmuskulatur sehr schnell und vor allem ökonomisch fortbewegen. Aufgrund der bereits erwähnten unterschiedlichen Anforderungen an die Fortbewegung unterscheidet sich die Undulation stark in Frequenz und Amplitude der Wellenbildung. Dies hängt mit dem der Verteilung der Körpermuskulatur, der Skelettausbildung und natürlich dem Lebensraum zusammen. So haben beispielsweise Piranhas, die aufgrund der Art ihrer Nahrungsaufnahme (Fleischfresser) starke Kau- beziehungsweise „Nacken-“ Muskulatur benötigen, im Bereich des Kopfes eine hohe Frequenz der Undulation bei geringer Amplitude. Zur Schwanzflosse hin nimmt die Frequenz
ab und die Amplitude zu.

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Dabei gilt die einfache Regel: dicker (Muskel-) Durchmesser – hohe
Frequenz und geringe Amplitude; sowie geringer (Muskel-) Durchmesser – niedrige Frequenz und hohe Amplitude.

Aquatische Lebewesen die sich erst jüngst im Laufe der Evolution dem Wasser angepasst haben oder sehr lang sind benützen Brustflossen, die sich aus verkümmerten Armen entwickelt haben als zusätzliche Steuerung oder zum Auftrieb.
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  #19  
Alt 27.11.2005, 17:59
juhu juhu ist offline
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2.3.2 Die Bedeutung der Schwanzflosse für die Undulation

Um die Bedeutung der Schwanzflosse für die Undulation zu verstehen ist folgendes Schema nützlich:
Abb. 6

Dabei stellt der orange Körper wiederum den Rumpf eines Fisches dar, der grüne Körper die Schwanzflosse.
Wie man sieht wirkt die Flossenkraft (FK) der Seitenkraft (SK) entgegen. a und b bezeichnen Hebelarme die am Schwerpunkt des Rumpfes (CG) angreifen. Wenn die Gleichung SK * a = FK * b gilt, ist auch SK * a – FK * b = 0. Deshalb heben sich die Flossenkraft und die Seitenkraft gegenseitig auf. Auf den ersten Blick würde dies ja bedeuten, dass der Fisch sich nicht von der Stelle bewegt. Da ja (siehe 2.2.3) die Undulation fließend abläuft, wird zuerst die Seitenkraft ausgeübt - der Fisch macht eine Richtungsänderung, dann folgt die Kompensation durch die Schwanzflosse – der Fisch ändert erneut seine Richtung. Im Zusammenhang ergibt dies dann die in 2.2.3 dargestellte Undulation. Fische mit kleiner Schwanzflosse können deshalb die Seitenkraft nicht schnell genug ausgleichen, sie können die Undulation deshalb nur langsamer ausführen. Dies haben versuche an Fischen mit amputierter Schwanzflosse gezeigt: die Fische haben versucht mit dem hinteren Teil des

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Rumpfes die Seitenkraft auszugleichen. Dies war natürlich nicht möglich, da zum einen der Hebelarm b viel kürzer war und zum anderen, wegen mangelnder Fläche, die Flossenkraft nicht vom hinteren Rumpfteil ausreichend ausgeführt werden konnte. Die Fische schlingerten herum und stellten nach einiger Zeit die Rumpfundulation ein und bewegten sich nur mit den Seitenflossen fort.5

2.4 Verschiedene „Schwimmer“

Aufgrund oben dargestellter Fortbewegungsmöglichkeiten und deren Kombination teilt man ein, in:

2.4.1 Langsame, schwimmende Fische

Abb. 7

Sie besitzen einen stark ausgeprägten Flossensaum zur Unterstützung der Undulation und Vorderflossen für Auftrieb wegen großer Länge und vorne liegendem Schwerpunkt.

2.4.2 Langsam schwimmende Tetrapoden


Abb. 8

Das sind Lebewesen mit diskontinuierlichem Vortrieb, sie sind nur sekundär an das Wasser angepasst haben. Sie bewegen sich durch starke Rumpfundulation fort.

- 11 -
2.4.3 Schnelle Schwimmer im laminaren Bereich

Abb. 9

Sie besitzen eine ausgeprägte Schwanzflosse die meist erst etwas abgesetzt vom Rumpf beginnt, damit zur Ausgleichsbewegung der Seitenkraft ein langer Hebelarm vorhanden ist.
Außerdem besitzen sie eine nicht allzu lang gestreckte (vergl. 2.3.1 – Piranha) Form die sehr widerstandsoptimiert ist.

2.4.4 Schnelle Schwimmer im turbulenten Bereich

Abb. 10

Sie haben eine ausgeprägte Schwanz-Rumpfundulation und ausgeprägte Flossen, die aufgrund der Muskeln einen hohen Querschnitt haben. Diese Tiere schwimmen nur sehr kurzfristig im turbulenten Bereich, da dies ja sehr kraftintensiv ist und aufgrund des hohen Energieverlusts wenig ökonomisch ist. Diese Tiere müssen sich aber teilweise in diesem Bereich fortbewegen, etwas bei der Jagd oder auf der Flucht.6







- 12 -
3. Anwendung der Erkenntnisse auf das Thema Windsurfen

3.1 Einführung ins Windsurfen



Abb. 11 Abb. 12

„Das“ Windsurfen, das Anfang der ´70er von Jim Drake in Australien erfunden wurde und das noch in den Köpfen vieler ist (Abb. 11), hat nicht mehr viel mit dem Windsurfen der heutigen Zeit zu (Abb.12). Neue Technologien haben wie überall auch im Windsurfen Einzug gehalten. So hat eine komplette Ausrüstung 1975 noch weit über 40 kg gewogen, heute wiegt sie keine 10 kg. 1978 wurde Pat Thomas nur deshalb Weltmeister, weil er als einziger bei neun Windstärken (beaufort - bft) ins Ziel kam, heute springt man bei dieser Windstärke dreifache, 18m hohe Vorwärtsloops, oder fährt mit über 90 km/h übers Wasser! Bis das Material auf dem heutigen Stand war, bedurfte es natürlich einer stetigen Entwicklung, einer Entwicklung bei der viel, ob gewollt oder nicht, aus der Aero- und vor allem Hydrodynamik der Tierwelt übernommen wurde. Dabei soll es hierbei vor allem darum gehen, wie man die Hydrodynamik und deren Mechanismen dazu nutzen kann, möglichst schnell zu sein – es geht um Speedwindsurfen.7










Abb. 13


- 13 -
3.2 Grundlagen des Windsurfens







LUV LEE

3 4 7 8

Wind

6 9
5 Abb.15
2
1
Abb. 14

In Abb. 14 ist ein Windsurfer zu sehen, der auf den Photografen zufährt. Der Wind kommt hier von links. Der Surfer steht auf seinem Board (1). Er hält sich über den Gabelbaum (6) am gesamten Rigg (5,6,3,4) fest. Der Wind bläst von links in das Segel, um dagegen zu halten lehnt der Surfer sich nach LUV, der dem Wind zugewandten Seite. Die dem Wind abgewandte Seite nennt man LEE. Damit der Surfer das Rigg nicht die ganze Zeit mit seinen Armen halten muss, benutzt er ein Trapez (5), dies besteht aus einem Hüftgurt mit einem Stahlhaken der in einer Schlaufe eingehängt ist die am Gabelbaum (6) auf beiden Seiten des Riggs festgemacht ist. Der Surfer kann dem Winddruck also sein Körpergewicht entgegen halten, braucht seine Arme also beim Geradeausfahren gar nicht. Damit der Surfer nicht vom Board rutscht steht er in Fußschlaufen (2). Wäre das System wie in Abb. 14 komplett, würde der Surfer sich in Windrichtung, also nach rechts bewegen. Er bewegt sich aber auf den Photografen zu. Dies ist der Verdienst des Richtungshalters, der Finne (9), welche im Heck (7) des Boards steckt. Die Spitze des Boards nennt man Bug (8). Das Segel wird von einem Mast (3) aufrecht gehalten, zusätzlich ist es durch Latten (4) stabilisiert.8
- 14 -
Windsurfen geschieht heute im Gegensatz zu früher nicht mehr in Verdrängerfahrt, das heißt das Surfboard „pflügt“ nicht mehr wie etwas ein Segelboot durchs Wasser sondern „gleitet“ auf ihm, es befindet sich außer der Finne und einigen Quadratzentimetern Boardfläche kein Teil im Wasser. Dieses „Gleiten“ ist aber erst ab etwa zwei Windstärken möglich, unter zwei Windstärken befindet man sich in Verdrängerfahrt. Die Schwelle, ab der das Board aus dem Wasser gehoben wird, ins „Gleiten“ kommt wird „Gleitschwelle“ genannt.
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  #20  
Alt 27.11.2005, 18:01
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Windsurfen geschieht heute im Gegensatz zu früher nicht mehr in Verdrängerfahrt, das heißt das Surfboard „pflügt“ nicht mehr wie etwas ein Segelboot durchs Wasser sondern „gleitet“ auf ihm, es befindet sich außer der Finne und einigen Quadratzentimetern Boardfläche kein Teil im Wasser. Dieses „Gleiten“ ist aber erst ab etwa zwei Windstärken möglich, unter zwei Windstärken befindet man sich in Verdrängerfahrt. Die Schwelle, ab der das Board aus dem Wasser gehoben wird, ins „Gleiten“ kommt wird „Gleitschwelle“ genannt.

3.3. Vergleich Windsurfen – aquatische Lebewesen

Zunächst einmal erschließen sich einem die Gemeinsamkeiten von Windsurfen und der Fortbewegung von aquatischen Lebewesen nicht gleich auf den ersten Blick. Zu unterschiedlich sind doch beide Bereiche. So wird ja ein Windsurfer primär durch den Wind angetrieben, außerdem findet ein Großteil des Windsurfens auf dem Wasser statt und nicht im Wasser. Ein weiterer Unterschied ist, dass aquatische Lebewesen ausschließlich ihren eigenen Körper zur Fortbewegung nutzen, der Windsurfer nimmt als Hilfe Board, Rigg, Trapez und Finne hinzu, die ja essentiell für die Fortbewegung sind, ohne welche die Fortbewegung auf dem Wasser gar nicht möglich wäre. Ein weiterer Punkt ist, dass sich der Mensch nicht um zu Überleben an die Fortbewegung auf dem Wasser anpassen musste, sondern zum Freizeitvergnügen; und durch Intelligenz einen Weg fand dies zu tun. Deshalb ist diese Fortbewegungsart nicht sehr ökonomisch, da Intelligenz niemals das bewerkstelligen kann, was in Millionen Jahren Evolution passierte.

Dennoch gibt es einige, zum Teil offensichtliche Gemeinsamkeiten. So ähneln sich manche Flossen und Finnen stark. Zwar besteht hier vordergründig die Einschränkung, dass Finnen als Richtungsweiser eingesetzt werden, während Flossen aktiv an der Fortbewegung beteiligt sind, doch allein die Form ist eine nähere Untersuchung Wert. Außerdem kann man, wenn man in klarem Wasser surft, erkennen, dass die Finne sich nicht unerheblich bewegt. Da Flossen sich bei der Undulation ebenfalls „bewegen“ scheint auch hier eine Untersuchung angebracht.




- 15 -
3.4 Die Finne

Die Finne ist das „Herz“ des Windsurfens. Im „Gleiten“ ist sie, wie bereits erwähnt, das einzige Teil des Surfmaterials, das sich noch im Wasser befindet. Bei „normalen“ Geschwindigkeiten von etwa 60 km/h spielt die Aerodynamik des Riggs noch keine so große Rolle (was an dieser Stelle auch nicht behandelt werden soll), wohl aber die Hydrodynamik, die sich um die Finne abspielt. Da ja Wasser eine größere Dichte wie Luft hat, soll das einzige Teil in diesem Element – die Finne – näher beleuchtet werden.
Form, Länge, Breite und Dicke der Finne hängen von mehreren Faktoren ab.
Es soll nun nur auf Finnenformen eingegangen werden, die möglichst schnell sind. Finnen mit denen man möglichst gut Kurven fahren oder springen kann, werden hier nicht untersucht, da der Einfluß der gewonnenen Erkenntnisse dabei zu gering ist.

Die Aufgabe der Finne






Wind

←←


→→I
Abb. 16

Die Finne dient dazu, die Windrichtung in eine Bewegungsrichtung, etwa 900 dazu, umzusetzen. Dabei muss die Finne genügend Fläche haben um die Windkraft zu kompensieren. Wird etwa ein 5 qm großes Segel bei 8 Windstärken eingesetzt, beträgt die Windkraft etwa 800 N (Newton). Diese 800 N sind über 5 qm verteilt, sie müssen nun aber von der Finne kompensiert werden. Diese hat aber nur eine Fläche von ca. 0,1 qm. Aufgrund der enormen Kraft gib sie nach, sie biegt sich, und zwar nach LUV, also in die Richtung, aus der der Wind kommt.

- 16 -
Dies ist in Abb. 17 veranschaulicht. Die Finne wurde in eine Box (links im Bild) eingespannt, dann wurde sie an ihrem Ende (rechts) von einer zwinge heruntergedrückt. Wie man sieht „biegt“ sich die Finne um mehrere Zentimeter.

Abb. 17
3.5 Die aquatische Undulation, angewandt auf die Finne

Der in 3.4 beschriebene Sachverhalt verhält sich nicht immer so ideal. Es wurde angenommen, dass der Wind konstant ist, sowie dass das Wasser glatt ist, bzw. keine Unebenheiten aufweist. In der Natur ist dies ganz anders: der Wind ist keineswegs konstant, sondern von laufenden Böen (Windstößen) gekennzeichnet, auch surft man über vom Wind aufgewirbeltes Wasser, über Windwellen, über so genanntes Kabbelwasser.
Jedes Mal wenn eine Böe ins Segel kommt wird dort die Windkraft erhöht, beispielsweise auf 900 N. Diese erhöhte Kraft muss nun von der Finne wieder kompensiert werden. Die Finne muss wegen der erhöhten Kraft nachgeben. Die Finne biegt sich also ein Stück weiter nach LUV. Umgekehrt kann es aber auch sein, dass der Wind kurzzeitig nachlässt, nun wirken z.B. nur noch 700 N auf das Segel, ergo muss die Finne weniger Kraft kompensieren, sie biegt sich also nur leicht nach LUV. Während des Surfens ist der Wind niemals konstant. Selbst kleinste Windschwankungen werden sofort von der Finne umgesetzt. Im Zusammenhang sieht dies wie folgt im Modell aus:
Abb. 18

Wie zu sehen ist wird die Finne unterschiedlich ausgelenkt, je nachdem, wie stark die Kraft ist, die auf sie wirkt. Man kann also sagen, dass die Finne durch das Segel passiv unduliert wird. Sie bewegt sich nicht wie eine Flosse von sich aus, sondern wird von der variierenden Segelkraft unduliert. Sie erfüllt damit den gleichen Zweck wie eine Schwanzflosse: diese kompensiert ja durch die Flossenkraft die Seitenkraft, die vom Rumpf ausgeht.
- 17 -
3.6 Flex und Twist

Wie geschieht diese passive Undulation also genau?
Wie bereits erwähnt, wird die Finne unterschiedlich stark seitlich verbogen. Dies geschieht auf zwei Arten:














Abb. 19

Die Finne hat zwei Möglichkeiten dem Druck nachzugeben. Die erste Möglichkeit ist, hier links in Abb. 19 zu sehen, dass die Finne sich um die Querachse biegt. Diesen Vorgang nennt man Flex. Wie stark dieser Flex ist, hängt von der Härte der Finne ab. Die Amplitude (Auslenkung) einer harten Finne ist nicht so groß wie die einer weichen, dafür ist sie reaktionsfreudiger. Aus einer starken Biegung kann eine harte Finne schnell wieder in eine gemäßigte Biegung übergehen. Dies ist ein Vorteil bei relativ geringen Windschwankungen, da jede kleinste Veränderung sofort und möglichst schnell umgesetzt werden kann. Weiche Finnen haben ihre Vorteile bei großen Windschwankungen, aufgrund ihrer höheren Flexibilität lassen sie höhere Amplituden zu.
Die zweite Möglichkeit ist, hier rechts im Bild, dass die Finne um die Längsachse nachgibt.
Diesen Vorgang nennt man Twist. Auch die Intensität des Twists hängt im gleichen Maße wie beim Flex von der Finnenhärte ab. Die Vor- und Nachteile einer harten bzw. weichen Finne lassen sich auf den Twist übertragen. Der Twist kommt einer Undulation am Nächsten, da hier durch die Auslenkung der Finne/Flosse im hinteren Teil Wasser zusätzlich beschleunigt wird. Außerdem geschieht die Undulation in die gleiche Richtung, nämlich vom Anström- zum Abströmende.9

- 18 -
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  #21  
Alt 27.11.2005, 18:02
juhu juhu ist offline
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3.7 Auswirkungen der Undulation der Finne

Die Undulation der Finne macht etwa 4 % der Geschwindigkeit eines Windsurfers aus. Die Fortbewegung aus reiner Windkraft wird durch die Undulation (also Fortbewegung durch die Beschleunigung von Wasser) ergänzt. Würde der Surfer eine starre Finne verwenden, dann könnte er auch nicht so große Segel fahren (was ihn wiederum langsamer macht, da weniger Windkraft in Vortrieb umgewandelt wird), wie wenn er eine undulierende Finne einsetzt. Denn wenn eine stärkere Böe ins Segel drückt, dann kann die Finne nicht nachgeben, es kommt zum Spinout.

3.8 Der Spinout

Normalerweise umströmt das Wasser die Finne wie in der Draufsicht in Abb. 20 dargestellt. Das Wasser umströmt die Finne laminar. Die Finne kann die Windkraft kompensieren. Wenn aber nun ein zu großes Segel benutzt wird, das soviel Windkraft umsetzt, dass die Finne von der Fläche her zu klein ist um diese umzusetzen, dann kommt es zum Spinout (Abb. 21). Die Finne stellt sich, weil sie dem Druck nachgeben möchte, stark quer zur Strömung, das Wasser kann die Finne daraufhin nicht mehr laminar umströmen, die Finne kommt in den turbulenten Bereich. In diesen „Strudel“ wird Luft am Heck des Boards eingesogen, die Dichte des strömenden Mediums fällt. Wenn sich kurz darauf die Finne wieder (da die Böe vorbei ist) weniger stark zur Strömung stellt, findet sie keinen halt mehr, da in dem Luft-Wasser-Gemisch die nötige Dichte nicht erreicht ist. Die Folge ist ein Abdriften des Surfers nach LEE, er fährt nun also nicht mehr im 900-winkel zum Wind, sondern mit dem Wind.



- 19 -
3.9 Die Form der Finne



2
1





Abb. 22


Die Länge der Finne hängt von der verwendeten Segelgröße, der Brettbreite, der Windstärke und des Körpergewichts ab. So werden bei viel Wind grundsätzlich kleine Finnen, Segel und Brettbreiten benutzt. Wie lang eine Finne nun genau auszusehen hat, ist nicht geklärt, da in Windsurf-Industrie zu wenig Geld vorhanden ist um wirkliche exakte Berechnungen am Computer durchzuführen. Finnen werden noch immer gebaut, in dem einfach losgebaut wird und dann auf dem Wasser getestet wird. Einige Regeln haben sich aber etabliert. So ist die größte Dicke der Finne genau wie bei schnellen Fischen im laminaren Bereich bei 1/3 der Breite von vorne (1). Außerdem entspricht der Anstellwinkel der Finne (2) genau dem eines Delphins, nämlich 7-8 Grad. Zu guter Letzt sind Finnen die Kurven fahren sollen, stark gebogen, bei Finnen, die nur geradeaus fahren sollen wird auf die Biegung verzichtet. Diese Biegungsstärke lässt sich auf Fische adäquat übertragen, folglich sind Flossen von wendigen Fischen stark gebogen, solche von Langstreckenschwimmern weniger stark.

4. Resumée

In der nun gelesenen Seminararbeit wurde ein breites Themenfeld auf einige Gesichtspunkte hin bearbeitet. Es wurden die wichtigsten physikalischen Vorraussetzungen, derer es zum Schwimmen bedarf, kurz und prägnant dargestellt. Es wurden die Anforderungen an die aquatische Fortbewegung genannt und dargestellt wie diese im Laufe der Evolution nahezu perfekt erfüllt wurden. Das Prinzip des aquatischen Schwimmens, die Undulation, wurde dargestellt und Möglichkeiten benannt wie diese umgesetzt werden kann. Mit diesem Wissen im Hinterkopf wurde dann die Brücke zum Windsurfen geschlagen.

- 20 -
Hier wurde zuerst, um den nachfolgenden Sachverhalt überhaupt verstehen zu können, Basiswissen des Windsurfens vermittelt. Darauf aufbauend wurden Sachverhalte aus dem zweiten Teil eingebracht. So wurde die passive Undulierung der Finne durch das Segel dargestellt sowie auf weitere Besonderheiten der Finne hingewiesen. Für meinen Teil kann ich sagen, dass ich aufgrund dieser Seminararbeit in Zukunft mit offeneren Augen surfen werde. Auch wurden mir Sachverhalte klar, an die ich während meiner zwölfjährigen Surfzeit nicht den Funken eines Augenblicks gedacht habe. Schluß endlich war ich doch überrascht wie viel Strukturen aus der Natur im Windsurfen stecken, die die Natur allesamt perfektioniert hat. Für den Menschen gilt dabei , wie bei vielen Dingen, kopieren geht über studieren…























- 21 -
5. Anhang
Abbildungsverzeichnis:
Abb. 1 : http://www.ebel-k.de/Schwimmen1/schwimmen1.html
Abb. 2 : http://www.scz.org/animals/p/pic/piranha.jpg
Abb. 3 : http://www.ebel-k.de/Schwimmen1/Schw...chwimmen2.html
Abb. 4 : http://www.ebel-k.de/Realsch1/realsch1.html
Abb. 5 : http://www.buddel.de/ antik/so1002.jpg
Abb. 6 : http://www.ebel-k.de/Schwimmen1/Schw...chwimmen2.html
Abb. 7 : www.ragebetta.de/ Bilder/a04.jpg
Abb. 8 : www.safarisuk.ch/.../ diasbotswana/KROKODIL.jpg
Abb. 9 : http://www.geofiscal.eng.br/piranha.jpg
Abb.10: http://www.tiergaerten.de/tiergaerten-pics/hai.jpg
Abb.11: http://www.fehmarn-aktuell.de/sport/...fen/surfer.jpg
Abb.12:http://www.mastersofspeed.com/
Abb.13: http://www.pwaworldtour.com/pwa.sys/popup/display,3556
Abb.14: http://www.formulawindsurfing.org/gallery.php?id=83
Abb.15: http://www.bostalsee.com/800_600/go.jpg
Abb.16: http://mastersofspeed.com/full.php?w...&lang=en&id=28
Abb.17:www.deboichet.com
Abb.18. www.deboichet.com
Abb.19: http://forum.surf-magazin.de/showthr...ght=flex+twist
Abb.20er Mail von Günter Lorch
Abb.21er Mail von Günter Lorch
Abb.22:www.deboichet.com

Anmerkungen:
1 : nach: Hertel, H. 1963. Biologie und Technik: Struktur, Form, Bewegung. - Mainz
(Krauskopf verlag) Seite 42-45
2 : Die Themen 2.1.3.1 sowie 2.1.3.2 nach:
http://de.wikipedia.org/wiki/Kennzahlen_der_Physik sowie
http://www.ebel-k.de/Schwimmen1/schwimmen1.html sowie
Klima, M. 1992. Schwimmbewegungen und Auftauchmodus bei Walen und bei
Ichthyosauriern - I. Anatomische Grundlagen. - Natur und Museum, S. 16-22
- 22 -
3 :nach: Pettigrew, J.B. 1875. Die Ortsbewegung der Tiere. Hemme Verlag. Seite 210-212
4 : Themen 2.2.2 sowie 2.2.3 nach: Videler, John, 1996. Fish Swimming. Chapman und Hall,
London. Geamtes Buch; sowie: http://www.ebel-k.de/Realsch1/realsch1.html
5:Thema 2.3 nach: http://www.ngib.ch/publikationen/ngib1?publication=senn , sowie
http://www.ebel-k.de/Schwimmen1/schwimmen1.html
6 :Thema nach: http://www.ebel-k.de/Schwimmen1/schwimmen1.html
7 :nach: eigenem, über die Jahre angeeignetem Wissen und aus Aussagen von Günter Lorch
8 :Falls weitere Informationen erwünscht sind : http://www.surf-
magazin.de/smo/show.php3?id=36&nodei=36 ; Sequenz einer Halse. Die Fahrtrichtung
wird um 1800 gedreht:



Aus: http://www.the-daily-dose.com/windsu...-move-jibe.htm

9 :nach: surf magazin Juli 2005. surf. Delius klasing Verlag

Quellen:
• Pettigrew, J.B. 1875. Die Ortsbewegung der Tiere. Hemme Verlag
• Videler, John, 1996. Fish Swimming. Chapman und Hall, London
• Klima, M. 1992. Schwimmbewegungen und Auftauchmodus bei Walen und bei Ichthyosauriern
• Landau. 1991.Hydrodynamik.Berlin, Akademie-Verlag
• Brüggemann, Gert-Peter.2003. Grundlagen zur Biomechanik. Sport und Buch Strauß
• Verschiedene Surf-magazine 1999-2005- delius klasing verlag
• H. 1963. Biologie und Technik: Struktur, Form, Bewegung. – Mainz, Krauskopf verlag

http://www.the-daily-dose.com/windsu...-move-jibe.htm
http://www.ebel-k.de/Schwimmen1/schwimmen1.html
http://de.wikipedia.org/wiki/Kennzahlen_der_Physik
- 23 -
http://www.ngib.ch/publikationen/ngib1?publication=senn
www.surf-magazin.de/smo/show.php3?id=36&nodei=36
http://www.ebel-k.de/Realsch1/realsch1.html
http://www.starfish.ch/Korallenriff/Physiologie.html
http://lexikon.freenet.de/Hydrodynamik
http://www.mpe.mpg.de/~amueller/astro_hd.html
http://lg.bildung-rp.de/Schueler/sei...0mit%20Flossen

• Erklärungen von Ottmar Schleenvoigt von Hurricane-Fins
• Erklärungen und Hinweise von Günter Lorch, Radolfzell
• Mein eigenes Wissen aufgrund von 12 Jahren surfen




















- 24 -
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  #22  
Alt 28.11.2005, 08:53
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,,,man merkt, dass in weiten Teilen des Landes die Surf-Freie - Zeit begonnen hat...
Gruß
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  #23  
Alt 28.11.2005, 16:17
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Zitat:
Zitat von juhu
Windsurfen geschieht heute im Gegensatz zu früher nicht mehr in Verdrängerfahrt, das heißt das Surfboard „pflügt“ nicht mehr wie etwas ein Segelboot durchs Wasser sondern „gleitet“ auf ihm, es befindet sich außer der Finne und einigen Quadratzentimetern Boardfläche kein Teil im Wasser. Dieses „Gleiten“ ist aber erst ab etwa zwei Windstärken möglich, unter zwei Windstärken befindet man sich in Verdrängerfahrt. Die Schwelle, ab der das Board aus dem Wasser gehoben wird, ins „Gleiten“ kommt wird „Gleitschwelle“ genannt.

3.3. Vergleich Windsurfen – aquatische Lebewesen

Zunächst einmal erschließen sich einem die Gemeinsamkeiten von Windsurfen und der Fortbewegung von aquatischen Lebewesen nicht gleich auf den ersten Blick. Zu unterschiedlich sind doch beide Bereiche. So wird ja ein Windsurfer primär durch den Wind angetrieben, außerdem findet ein Großteil des Windsurfens auf dem Wasser statt und nicht im Wasser. Ein weiterer Unterschied ist, dass aquatische Lebewesen ausschließlich ihren eigenen Körper zur Fortbewegung nutzen, der Windsurfer nimmt als Hilfe Board, Rigg, Trapez und Finne hinzu, die ja essentiell für die Fortbewegung sind, ohne welche die Fortbewegung auf dem Wasser gar nicht möglich wäre. Ein weiterer Punkt ist, dass sich der Mensch nicht um zu Überleben an die Fortbewegung auf dem Wasser anpassen musste, sondern zum Freizeitvergnügen; und durch Intelligenz einen Weg fand dies zu tun. Deshalb ist diese Fortbewegungsart nicht sehr ökonomisch, da Intelligenz niemals das bewerkstelligen kann, was in Millionen Jahren Evolution passierte.

Dennoch gibt es einige, zum Teil offensichtliche Gemeinsamkeiten. So ähneln sich manche Flossen und Finnen stark. Zwar besteht hier vordergründig die Einschränkung, dass Finnen als Richtungsweiser eingesetzt werden, während Flossen aktiv an der Fortbewegung beteiligt sind, doch allein die Form ist eine nähere Untersuchung Wert. Außerdem kann man, wenn man in klarem Wasser surft, erkennen, dass die Finne sich nicht unerheblich bewegt. Da Flossen sich bei der Undulation ebenfalls „bewegen“ scheint auch hier eine Untersuchung angebracht.




- 15 -
3.4 Die Finne

Die Finne ist das „Herz“ des Windsurfens. Im „Gleiten“ ist sie, wie bereits erwähnt, das einzige Teil des Surfmaterials, das sich noch im Wasser befindet. Bei „normalen“ Geschwindigkeiten von etwa 60 km/h spielt die Aerodynamik des Riggs noch keine so große Rolle (was an dieser Stelle auch nicht behandelt werden soll), wohl aber die Hydrodynamik, die sich um die Finne abspielt. Da ja Wasser eine größere Dichte wie Luft hat, soll das einzige Teil in diesem Element – die Finne – näher beleuchtet werden.
Form, Länge, Breite und Dicke der Finne hängen von mehreren Faktoren ab.
Es soll nun nur auf Finnenformen eingegangen werden, die möglichst schnell sind. Finnen mit denen man möglichst gut Kurven fahren oder springen kann, werden hier nicht untersucht, da der Einfluß der gewonnenen Erkenntnisse dabei zu gering ist.

Die Aufgabe der Finne






Wind

←←


→→I
Abb. 16

Die Finne dient dazu, die Windrichtung in eine Bewegungsrichtung, etwa 900 dazu, umzusetzen. Dabei muss die Finne genügend Fläche haben um die Windkraft zu kompensieren. Wird etwa ein 5 qm großes Segel bei 8 Windstärken eingesetzt, beträgt die Windkraft etwa 800 N (Newton). Diese 800 N sind über 5 qm verteilt, sie müssen nun aber von der Finne kompensiert werden. Diese hat aber nur eine Fläche von ca. 0,1 qm. Aufgrund der enormen Kraft gib sie nach, sie biegt sich, und zwar nach LUV, also in die Richtung, aus der der Wind kommt.

- 16 -
Dies ist in Abb. 17 veranschaulicht. Die Finne wurde in eine Box (links im Bild) eingespannt, dann wurde sie an ihrem Ende (rechts) von einer zwinge heruntergedrückt. Wie man sieht „biegt“ sich die Finne um mehrere Zentimeter.

Abb. 17
3.5 Die aquatische Undulation, angewandt auf die Finne

Der in 3.4 beschriebene Sachverhalt verhält sich nicht immer so ideal. Es wurde angenommen, dass der Wind konstant ist, sowie dass das Wasser glatt ist, bzw. keine Unebenheiten aufweist. In der Natur ist dies ganz anders: der Wind ist keineswegs konstant, sondern von laufenden Böen (Windstößen) gekennzeichnet, auch surft man über vom Wind aufgewirbeltes Wasser, über Windwellen, über so genanntes Kabbelwasser.
Jedes Mal wenn eine Böe ins Segel kommt wird dort die Windkraft erhöht, beispielsweise auf 900 N. Diese erhöhte Kraft muss nun von der Finne wieder kompensiert werden. Die Finne muss wegen der erhöhten Kraft nachgeben. Die Finne biegt sich also ein Stück weiter nach LUV. Umgekehrt kann es aber auch sein, dass der Wind kurzzeitig nachlässt, nun wirken z.B. nur noch 700 N auf das Segel, ergo muss die Finne weniger Kraft kompensieren, sie biegt sich also nur leicht nach LUV. Während des Surfens ist der Wind niemals konstant. Selbst kleinste Windschwankungen werden sofort von der Finne umgesetzt. Im Zusammenhang sieht dies wie folgt im Modell aus:
Abb. 18

Wie zu sehen ist wird die Finne unterschiedlich ausgelenkt, je nachdem, wie stark die Kraft ist, die auf sie wirkt. Man kann also sagen, dass die Finne durch das Segel passiv unduliert wird. Sie bewegt sich nicht wie eine Flosse von sich aus, sondern wird von der variierenden Segelkraft unduliert. Sie erfüllt damit den gleichen Zweck wie eine Schwanzflosse: diese kompensiert ja durch die Flossenkraft die Seitenkraft, die vom Rumpf ausgeht.
- 17 -
3.6 Flex und Twist

Wie geschieht diese passive Undulation also genau?
Wie bereits erwähnt, wird die Finne unterschiedlich stark seitlich verbogen. Dies geschieht auf zwei Arten:














Abb. 19

Die Finne hat zwei Möglichkeiten dem Druck nachzugeben. Die erste Möglichkeit ist, hier links in Abb. 19 zu sehen, dass die Finne sich um die Querachse biegt. Diesen Vorgang nennt man Flex. Wie stark dieser Flex ist, hängt von der Härte der Finne ab. Die Amplitude (Auslenkung) einer harten Finne ist nicht so groß wie die einer weichen, dafür ist sie reaktionsfreudiger. Aus einer starken Biegung kann eine harte Finne schnell wieder in eine gemäßigte Biegung übergehen. Dies ist ein Vorteil bei relativ geringen Windschwankungen, da jede kleinste Veränderung sofort und möglichst schnell umgesetzt werden kann. Weiche Finnen haben ihre Vorteile bei großen Windschwankungen, aufgrund ihrer höheren Flexibilität lassen sie höhere Amplituden zu.
Die zweite Möglichkeit ist, hier rechts im Bild, dass die Finne um die Längsachse nachgibt.
Diesen Vorgang nennt man Twist. Auch die Intensität des Twists hängt im gleichen Maße wie beim Flex von der Finnenhärte ab. Die Vor- und Nachteile einer harten bzw. weichen Finne lassen sich auf den Twist übertragen. Der Twist kommt einer Undulation am Nächsten, da hier durch die Auslenkung der Finne/Flosse im hinteren Teil Wasser zusätzlich beschleunigt wird. Außerdem geschieht die Undulation in die gleiche Richtung, nämlich vom Anström- zum Abströmende.9

- 18 -

Sag ich doch, s.chapter 3.4 Die Finne verbiegt sich und die auf die Wasseroberfläche projezierte Fläche(Flex) sorgt für dynamischen Auftrieb.

Detlev
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  #24  
Alt 28.11.2005, 16:21
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Zitat:
Zitat von DetlevDahlmeier
Sag ich doch, s.chapter 3.4 Die Finne verbiegt sich und die auf die Wasseroberfläche projezierte Fläche(Flex) sorgt für dynamischen Auftrieb.

Detlev
Moin Detlef,

d.h. extrem harte Finnen OHNE großen Flex bringen keinen Auftrieb - sag ich mal meiner Racefinne...

Gruß
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  #25  
Alt 28.11.2005, 16:22
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eine extrem harte hat wohl immer noch zig mal mehr flex als ne wavefinne
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  #26  
Alt 28.11.2005, 16:26
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Zitat:
Zitat von juhu
eine extrem harte hat wohl immer noch zig mal mehr flex als ne wavefinne
Moin,
wenn de meinst. Ich würde aber beim direkten Vergleich (Hönscheid PG 23 gegen 29 er Carbon Race) - beide Finnen in den entsprechenden Boards und los geht´s - das nicht unterschreiben wollen.

Gruß
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  #27  
Alt 28.11.2005, 16:30
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ich habe jetzt auch von 70cm gegen 22cm geredet
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  #28  
Alt 28.11.2005, 16:39
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schade, dass sich hier nicht mal ein finnenbauer wie z.b. wolfgang lessacher äußert.
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  #29  
Alt 28.11.2005, 16:45
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Zitat:
Zitat von juhu
ich habe jetzt auch von 70cm gegen 22cm geredet
Moin,
sehr lustig

Da brauchen wir also die Ellenlange, (pseudo-)wissenschaftliche Abhandlung um genau zu dieser Erkenntnis zu kommen: Eine 70 er Race produziert mehr Auftrieb ale eine 22 er Wave.
Gruß
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  #30  
Alt 28.11.2005, 18:31
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DetlevDahlmeier DetlevDahlmeier ist offline
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Hehe,
ich habe mal irgendswo in nem Film oder auf Bildern gesehen, wie sich eine Finne unter voller Belastung verbiegt. Auch eine Racefinne. Das ist unglaublich. So würde man am Ufer niemals seine Finne verbiegen.

@ Rosasfahrer: Solange das Brett mit deiner extrem harten Finne flachgehalten wird, hat die Finne keinen Auftrieb. Weil die Finne aber immer ein bischen gegen die Strömung schiebt, kentert das Brett trotzdem auf. Da wirken Hebelkräfte.

Mich würde nochmal die Eingangsfrage interessieren. Was hatte Babylon eigentlich gemeint, Auftrieb im Sinne von "wie kriegt die Finne das board nach luf" oder Auftrieb im Sinne von "lift senkrecht nach oben"
Höhe laufen heißt ja schließlich auch nicht, dass man sich wie Ikarus die Flügel verbrennen will.

Detlev
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