Terug naar index

Koppels en Krachten

Dit hoofdstuk heb ik toegevoegd omdat blijkt dat hier mensen toch teveel op vastlopen.
Mijns inzien kom dit doordat veel mensen allerlei krachten gaan lopen optellen aftrekken ontbinden erbij halen, en ook nog eens allerlei snelheden en koppels en momenten met pijlen aangeven, en nog met een aantal draaipunten werken.

Daarom wil ik laten zien dat als je het simpel houdt het wel begrijpelijk is en je er wel wat aan hebt.
Daarnaast heb ik al heel wat foute dingen hierover in zeilboeken gezien, vandaar dat ik toch nog iets hier op in ga, omdat dit bij de basis van theorie hoort.


Krachten

Een kracht is de neiging tot verplaatsing. (dat is heel wat anders dan de snelheid of de richting van bewegen.)

Je kunt kracht leveren door te trekken of te duwen.
Verspreiden we een kracht over een oppervlak dan noemen we dit druk (of onderdruk)
Een kracht heeft een richting. Die geef ik aan met een pijl.
Volgens Newton heeft elke kracht een even grote reactiekracht
Vrij vertaald zei Newton actiekracht=reactiekracht.

Voorbeeld: als ik een tafel verschuif dan heb ik daar een kracht voor nodig die even groot is als de wrijving van de tafel over de vloer.
Ander voorbeeld: als ik een bal wegtrap is mijn trapkracht even groot als de kracht nodig om de bal te versnellen. (de versnellingskracht).
De kunst van deze manier van krachten bekijken is het simpel houden:
Er zijn namelijk nog meer krachten in het spel, zoals de vertragingskracht die de bal levert door de wrijving, de zwaarte kracht, de kracht op de bal door de hogere druk die er inzit, De kracht op het stiksel door de druk in de bal, de kracht op de buitenkant van de bal door de gewone luchtdruk, de kracht op de bal door het draaien van de aarde, de horizontaal ontbonden kracht van de torsie in de vezels van het stiksel etc.
Ga je die allemaal er ook bij halen, vervolgens rekenen en dan de bal trappen dan is de kans groot dat je ergens een foutje hebt gemaakt hebt en hem in het verkeerde doel trapt.
Daarom worden meestal niet alle krachten getekend, dat doe ik zelf ook niet.
Bij het voorbeeld verderop van de tafels teken ik ook niet de reactiekracht, maar je moet wel beseffen dat die er is.

Je kunt krachten bij elkaar optellen, maar dat lang niet altijd zo simpel voor degene zonder VWO 6 natuurkunde.
Gebruik je boerenverstand:

  • Trek je met zijn tweeŽn zachtjes aan een touw aan een tafel, dat is hetzelfde als in je eentje hard trekken.
  • Als je als je tegenover elkaar zit allebei even hard tegen een tafel duwt is dat hetzelfde als dat er niemand duwt.
  • Duw je allebei een tafel schuin naar voren, elk aan een kant, dan gaat de tafel toch rechtdoor.
    Trek je allebei aan een hoekpunt van de tafel de tafel rechtdoor dan is dat hetzelfde als een persoon die hard in het midden trekt.
    Anders gezegd:
  • Krachten in dezelfde richting kun je simpel bij elkaar optellen.
  • Krachten in precies de tegenovergestelde richting kun je van elkaar aftrekken.
    De uitkomst van twee krachten welke onder een hoek ten opzichte van elkaar staan ligt hier tussenin.
  • Twee krachten in dezelfde richting maar een stuk uit elkaar kun je vervangen door een grote kracht daar tussenin.

Maar let op, een kracht zegt lang niet altijd wat over de richting en snelheid van bewegen:
  • Duw je tegen een stevige muur, dan is er een kracht welke niet tot beweging leidt.
  • Duw je schuin van achter tegen een klein wagentje, dan gaat het toch rechtuit.
  • Duw je heel erg hard tegen een grote vrachtwagen, dan gaat hij misschien langzaam vooruit.
  • Wil je met een slee hard blijven gaan dan moet je hard blijven trekken.

Koppels

Een koppel is de neiging om te draaien.
Dit kan natuurlijk linksom en rechtsom, maar je kunt het natuurlijk ook oploeven en afvallen noemen.
Liggen de actie en reactie kracht in elkaars verlengde dan is het koppel 0.
Liggen ze echter iets naast elkaar dan is er een koppel.
Hoe groter de kracht en hoe verder ze uit elkaar liggen hoe groter het koppel.
Anders gezegd: koppel = kracht X afstand.
De afstand is de afstand tussen de werklijnen van de krachten. Laat je dus niet verleiden om de uiteinden van de krachten met elkaar te verbinden.

Nu gaan we dit toepassen op een zeilboot.
De truuk als je sturen met de zeilen wil laten zien is:

  • Teken altijd de kracht loodrecht op heet zeil ca. 1/3 van de voorkant van de mast.
  • Als je twee zeilen hebt neem deze bij elkaar.
  • Teken altijd de kracht op het onderwaterschip vanuit je kiel.

Op bovenstaand plaatje van een zeilschip wat halve wind vaart zie je een klein koppel linksom, in dit geval oploevend.
Het bootje vaart bijna helemaal rechtdoor ondanks dat de krachten schuin lopen.
Dit komt natuurlijk omdat door het zwaard welke bij een lage zijwaartse snelheid al een grote kracht levert, en in voorwaartse richting lang niet zoveel weerstand heeft.
Begrijp je niet dat bovenstaand bootje in principe vooruitgaat, stel je dan eens voor dat je een auto (met het stuur recht) schuin naar voren duwt. De auto zal rechtdoor gaan.
Bij een zeilboot werkt het net zo. Een zeilboot is heel moeilijk dwars door het water te trekken en makkelijk naar voren te trekken.

Dit is nodig om te begrijpen hoe het kan dat een zeilboot schuin tegen de wind kan invaren:
Deze vergelijking gaat helaas niet helemaal op. De weg waar de auto over rijdt beweegt namelijk niet, het water zal echter iets opschuiven waardoor de boot wat zijdelings wegslipt.
Dit zijdelings wegslippen wordt verlijeren genoemd.
Het ziet er in de praktijk dus zoiets uit:

Maar goed, nu weer verder met de koppels en de sturende werking van de zeilen.




Sturen met de zeilen

Hieronder teken ik een bootje met alleen een grootzeil:

  • Met een te los zeil (alleen achterlijk van het zeil vangt nog wind, zeilkracht wordt minder en schuift naar achterlijk)
  • Met het zeil goed.
  • Met te strak zeil (achterlijk buigt de wind niet meer goed om door loslaatwervels, zeilkracht schuift naar voren
    Dan zie je het volgende.

En dit klopt ook met de praktijk bij dit soort boten (wel flink overdrijven en boot rechthouden, en mast niet buigen)
Nu getekend bij verschillende koersen met de juiste zeilstand:

Je ziet dat het bootje aan de wind neutraal is en voor de wind graag wil oploeven.
Ook dat klopt weer met de praktijk.
Vuistregel bij deze boot is dus: hoe verder het zeil naar binnen hoe minder loefgierig. (bij constante helling en mastbuiging



Nu gaan we kijken wat een fok doet.
Zie de tekening hieronder van een boot met alleen een fok.

Eigenlijk zie je dat de fok een afvallende werking heeft, alleen voor de wind als je de fok heel los hebt is er een klein oploevend koppel
Opvallend is dat je voor de wind vaak toch een afvallende werking hebt omdat men zelden de fok echt ver uitviert.

De vuistregel "hoe strakker de fok hoe lijgieriger de boot wordt" klopt dus.
Het is zelfs zo dat deze de fok vuistregel "hoe strakker het grootzeil hoe minder loefgierig de boot" tot onzin verklaard.
Als we namelijk het grootzeil loslaten wordt de zeilkracht van het grootzeil minder, en het grootzeil levert maar een klein oploevend koppel, terwijl de fok een flink afvallend koppel heeft.
Anders gezegd, als we het grootzeil loslaten blijft de werking van de fok over.
Sommige mensen denken om deze reden dat een boot met een genua of een heel grote fok, lijgieriger wordt.
Meestal is het omgekeerde waar omdat het achterste gedeelte van de fok eigenlijk een oploevende werking heeft.
Maak je dat groter dan wordt de boot dus loefgieriger.
Met een flinke genua kun je over het algemeen best halve wind varen zonder dat het roer trekt.

Sturen met de helling van het schip

Hieronder zie je een bovenaanzicht van een schip wat halve wind over stuurboord vaart.
Links hang zij naar loef, rechts hangt zij steeds meer naar lij.
De zeilstand blijft gelijk.

Duidelijk is te zien dat de boot die naar loef hangt een afvallend koppel heeft, en de rechter boot een sterk oploevend koppel heeft Dit komt doordat het zeilpunt als het ware steeds verder naar buiten wordt gebracht.
Veel meer is hier niet aan uit te leggen.

Nog even een misvatting uit de weg ruimen die in veel zeilboeken staat:
-Als het zeilpunt in de lengterichting gelijk staat met het lateraalpunt dan is de boot niet loef of lijgierig-
DIT IS KANSLOOS FOUT.
Zie het plaatje hieronder:

Het zeilpunt en het lateraal punt vallen duidelijk niet samen in het zijaanzicht.
Toch zie je duidelijk in het bovenaanzicht dat de boot neutraal vaart.
Gebruik dus geen zijaanzichten om de sturende werking uit te leggen.

De conclusie die zeilboeken aan hun foute uitspraak hangen: -Als je het zeilpunt naar achter verschuift door bijvoorbeeld de mast naar achter te zetten word de boot loefgieriger-
is wel juist (met uitzondering van pal voor de wind met je zeil haaks op de boot)
Dat teken ik niet want dat kun je ook wel zelf uitvogelen.

Remmende werking van sturen met het roer

In andere hoofdstukken vergelijk ik enkele malen met "de remmende werking van het roer"
Hoe zit dat dan:
Stuur je niet dan heb je ook geen stuurkracht.
Stuur je dan buigt het roer het water af en krijg je dus een roerkracht.
Heb je een kleine roeruitslag dan is deze roerkracht bijna helemaal dwars gericht, zodat de kont van het schip die kant opgaat en je waarschijnlijk gaat draaien.
Heb je een grote roeruitslag dan is deze roerkracht voor een gedeelte tegen de vaarrichting in.
Heb je het roer helemaal dwars gezet dan is deze roerkracht volledig tegen de vaarrichting in.

De natuurkundigen onder u mogen natuurlijk best de krachten gaan ontbinden, maar het principe blijft hetzelfde.

Terug naar index