Schub in Geschwindigkeit umrechnen

Nachtrag zu meiner Berechnung: 2,15 km/h   pro Motor.

ich würde auf die technischen Beschreibungen in dem Link nicht viel 
geben.
Schubkraft mit der Einheit kg ist ja schon sehr vermessen.
Daher werden die restlichen Angaben wohl qualititiv ähnlich wertvoll 
sein.

Die Umrechnung von Schubkraft auf Geschwindigkeit setzt meiner 
Einschätzung nach eine gehörige Portion Fachwissen in der Strömungslehre 
voraus und ich bezweifle, dass man das mit einer einfachen Formel 
ausrechnen kann.

Prinzipiell funktioniert das ähnlich wie bei Raketen.

Die Schubkraft (abzgl. Verluste) kannst du über die Masse in eine 
Beschleunigung umrechnen.

a = F / m

Da sich (entgegen bei Raketen) die Masse deines Bootes nicht ändert, ist 
DAS relativ einfach. Das Problem ist eher, wieviel Verluste hast dDu 
durch die Umströmung des Bootskörpers..

Naja, Mit der Beschleunigung kannst Du die Geschwindigkeit ausrechnen..

@Matthias:   Danke, das hilft schon mal! :)


Aber, was ist denn der Verlust? Sicherlich irgendein Faktor.


Nur (schäm)....wie wird denn dieser berechnet? Sicherlich nicht so 
easy...

Da trifft Theorie die Praxis. Kann man also nicht so leicht sagen, dass 
ein Schlauchboot mit den Maßen x mal y und dem Gewicht z mit der 
Motorisierung P die Geschwindigkeit v erreichen wird?

Matthias Lipinsky schrieb:
> Die Schubkraft (abzgl. Verluste) kannst du über die Masse in eine
> Beschleunigung umrechnen.

Das gilt aber leider nur, wenn das Boot in einem Vakuum schwebt ;-)

Schonmal in nem Boot bei 30 Knoten schlagartig das Gas weggenommen? Da 
nicken alle mal und man merkt wie stark Wasser bremst.

Neben der quadratischen Abhängigkeit zwischen "Bremskraft" und 
Geschwindigkeit spielen dann noch Verwirbelungen eine Rolle, die 
entscheidend von der Rumpfform abhängen. Ganz zu schweigen, ob du dich 
in Verdrängerfahrt oder in Gleitfahrt bewegst. Ok, bei dem Motörchen 
wohl eher Verdrängerfahrt

Will aber damit sagen, dass es mit "normalen" Mitteln nicht auszurechnen 
ist, wie schell dein Kahn mit dem Antrieb fahren wird.

Am ehesten kannst dich noch annhähern, indem du das Boot mit einem 
anderen Boot schleppst und in´s Abschleppseil einen Kraftmesser spannst 
und aufzeichnest, bei welcher Geschwindigkeit du mit welcher Kraft am 
Boot zerren musst.

Und wenn dann die Angaben in der Beschreibung einigermaßen stimmen, dann 
kannst du es vielleicht ganz grob abschätzen

Richtig.

Den Verlust, den ich meine, der entsteht dadurch, das das Boot ja 
eingetaucht ist (abhängig von der FOrm). (was für ein Schachtelsatz)

Und diese Bootsform setzt ja dem vortreibenden Boot einen Widerstand 
entgegen (ähnlich dem Luftwiderstand). Das muss ja vom Schub, der 
Beschleunigung leistet abgezogen werden. Und dieser Verlust ist linear 
oder quadratisch zu Geschwindigkeit. Und irgendwann ist die gesamte 
Schubkraft nur noch dafür ausreichend.

Ok, danke, das hilft!

Gibt es typische Schwimmkörper, die man für solche Berechnungen als 
Modell hernimmt?

z.B.
ein Würfel aus Styropor (?) mit der Verdrängung x und dem Tiefgang y -> 
der Länge a und b?

Irgendeine fiktive ...Modellberechnung? :)

Also am besten wäre es aus meiner nicht-Physiksicht, vom "schlimmsten" 
aller hydrodynamischen Körper auszugehen.

Wenn man dann mit diesem rechnet (sofern das klappen sollte(siehe Thread 
von mir über diesem)), dann kann man immerhin sagen "wenn das mit dem 
Brocken klappt, dann klappts mit dem dreimal".

Zwar nicht wissenschaftlich, aber erfolgversprechend.

Exakt ;-)

Mit der Ausnahme, dass die "Gegenkraft" nicht in einer einfachen 
Gleichung in´s Verhältnis zur Geschwindigkeit gesetzt werden kann, weil 
bei bestimmten Geschwindigkeiten plötzlich strömungstechnische Effekte 
auftreten, die sich mit anderen überlagern.

Aber vermutlich ist der Kahn mit diesem Motor eh so lahm, dass 
entscheidender ist, ob man gebückt gegen den Wind, oder aufgerichtet mit 
dem Wind über den See tuckert.. oder besser gesagt "surrt"

Winslow schrieb:
> @Matthias:   Danke, das hilft schon mal! :)

Gut gemeint, hilft dir aber leider genau gar nicht.

> Da trifft Theorie die Praxis. Kann man also nicht so leicht sagen, dass
> ein Schlauchboot mit den Maßen x mal y und dem Gewicht z mit der
> Motorisierung P die Geschwindigkeit v erreichen wird?

Höchstens über eine Näherungsformel. Theorie und Praxis passen hier 
schon ganz gut zusammen. Nur ist die Theorie leider etwas komplexer als 
P=F*v. Zumindest die Bestimmung der Kraft ist schwierig und nichtlinear.

Matthias Lipinsky schrieb:
> Die Schubkraft (abzgl. Verluste) kannst du über die Masse in eine
> Beschleunigung umrechnen.

Das ist aber nicht die Beschleunigung des Bootes ist.
Die Schubkraft wird benötigt, weil das Boot neben den Verlusten immer 
die eigene Bugwelle hinauf fahren muss.

J.-u. G. schrieb:
> Selbstverständlich kann sie das. Durch das Gleichgewicht von
> Antriebskraft und (geschwindigkeitsabhängiger) Gegenkraft ist die
> Endgeschwindigkeit bestimmt. Immer.

Die Betonung lag auf EINFACHE Gleichung. Und nicht darauf, dass das 
nicht bestimmbar ist.
Dass beim Kräftegleichgewicht zwischen Schubkraft des Motors und 
Bremskraft schluss ist, ist klar.

Aber die Bremskraft ist eben nicht als eine EINFACHE Gleichung in 
Relation zur Geschwindikeit zu setzen. Das wollte ich damit ausdrücken.

Und die Gleichung der von dir genannten "geschwindigkeitsabhängigen 
Gegenkraft" ist eben nicht so einfach zu bestimmen.
Und genau daran scheitert der Versuch, das auszurechnen.

Frage an den TO:
Wieso willst du das ausrechnen? Ein Rennboot wird das mit den paar Watt 
sicher nicht. Also falls du Angst hast, dass du damit zu schnell für 
Fahren ohne Führerschein wirst, kann ich dich glaub beruhigen ;-)
Schätze mal, dass jedes Tretboot mit 2 Leuten besetzt, locker an dir 
vorbeizieht.

Winslow schrieb:

> Das Boot hat im Betrieb ein Gesamtgewicht von 200 kg. Dies entspräche
> ebenso einer Wasserverdrängung von 200 kg.
>
> Ich möchte die max. Geschwindigkeit des Bootes berechnen, wenn vier
> dieser Motoren eingesetzt werden.

Dann mußt du erstmal den Strömungswiderstand ermitteln. Die Masse spielt 
da zwar durchaus eine Rolle, weil die gleichhohe Wasserverdrängung 
schließlich die Eintauchtiefe und damit auch den Strömungswiderstand 
bestimmt, aber da spielen auch noch viele andere Faktoren rein. 
Insbesondere natürlich die Form des Bootskörpers, aber auch die 
Oberflächenbeschaffenheit.

> Nun zur Formel:
>
> P = F  *  v              (Leistung = Schubkraft mal Geschwindigkeit)

Falsch. Nicht die Formel, sondern deine Interpretation. (Und deshalb 
auch deine weitere Rechnung)

F besteht nämlich aus ZWEI Komponenten. Zum einen die von dir genannte 
Schubkraft. Zum anderen, mit entgegengesetztem Vorzeichen, die Kraft, 
die sich der Bewegung widersetzt, wobei die bestimmende Größe für ein 
langames Wasserfahrzeug der Strömungswiderstand des Wassers ist.

Das Interessante ist nun, daß diese Gegenkraft geschwindigkeitsabhängig 
ist. Fg=f(v). Näherungsweise kann man davon ausgehen, daß die Funktion 
sich in der Form Fg=K*v² ausdrücken läßt. Die Geschwindigkeit geht also 
quadratisch in das Ergebnis ein, die Konstante K entspricht dem 
Strömungswiderstand deines Bootes.

Um nun die Endgeschwindigkeit des Bootes zu ermitteln, mußt du ein 
Gleichungssystem benutzen, denn diese Endgeschwindigkeit ist genau dann 
erreicht, wenn sich die durch den Wasserwiderstand bewirkte 
"verbrauchte" Leistung mit der vom Antrieb für den Vortrieb zugeführten 
Leistung die Waage hält, wenn also gilt:

Fg*v = F*v

Darin setzen wir jetzt den für Fg bekannten Zusammenhang ein:

K*v²*v = F*v

Das stellt man nun irgendwie nach v um (mal sehen, ob ich das heute noch 
packe)
      ___
v = \/ F/K

Na bitte. Da brauchst du nur noch die Vortriebskraft deines Antriebs und 
den Strömungswiederstand deines Bootes einsetzen und schon weißt du, wie 
schnell es sein wird.

Und es ist auch kinderleicht, zu erkennen, daß du zur Verdoppelung der 
Geschwindigkeit nicht die doppelte Zahl Antriebe benötigst, sondern die 
vierfache.

Mal noch'ne abschließende Frage: Du hast das bundesdeutsche 
Schulbildungssystem durchlaufen, stimmt's?

@ c-hater:

nach deiner wunderschönen Erklärung sollte es jetzt auch wirklich der 
letzte begriffen haben, was schon zig mal angesprochen wurde ;-)

Und F = K * v² anzusetzen ist auf jeden Fall grob vereinfacht, aber in 
dem Geschwindigkeitsrange, wo er sich bewegen wird, sicher zulässig.

Wie schon von mir angesprochen, wird da schon alleine die Windrichtung 
ein gehöriges Wörtchen mitreden wollen bei den krafvollen 0,4 PS.

Schätze mal, dass bei bei ner steifen auflandigen Brise schön das Ufer 
mit der Schraube zerschreddert, aber sich kein Stück aufs Wasser raus 
bewegt :-)

>Strömungswiderstand.

Und genau um diesen Strömungswiderstand (in Form eines Faktors) geht 
es...



Wie groß ist K bei einem Durchschnittsdeutschen mit 100 kg Gewicht, in 
Totstellung knapp unter der Wasseroberfläche "schippernd"?

Winslow schrieb:
> Wie groß ist K bei einem Durchschnittsdeutschen mit 100 kg Gewicht, in
> Totstellung knapp unter der Wasseroberfläche "schippernd"?

.. kommt drauf an, wie schnell er schippert... da K wieder eine Funktion 
von v ist.

wenn du ihn langsam durchs Wasser ziehst, dann ist K sicher ein anderer, 
als wenn du ihn beschleunigst und die Arme anfangen, zu flattern. Und 
wenn du ihn noch weiter beschleunigst, dass er immer weiter aus dem 
Wasser kommt, dann wird K wieder kleiner. Und daraus ergibt sich, dass 
der Zusammenhang zwischen F und v nicht über eine Konstate K und ein 
bisschen quadrieren bestimmt ist.

So "einfach" ist die Sache.

Ok, ein Fall für die Wertetabelle.... :)


Morgen...Fortsetzung!


Gute Nacht.

Winslow schrieb:
> Ok, ein Fall für die Wertetabelle.... :)

Hab ich dir ja ganz am Anfang schon vorgeschlagen:

Schlumpf schrieb:
> Am ehesten kannst dich noch annhähern, indem du das Boot mit einem
> anderen Boot schleppst und in´s Abschleppseil einen Kraftmesser spannst
> und aufzeichnest, bei welcher Geschwindigkeit du mit welcher Kraft am
> Boot zerren musst.

J.-u. G. schrieb:
> Außerdem sind die Richtung (Kopf voraus? Füße voraus? Bauch voraus?
> Rücken voraus), die Haltung (Embryo- oder Löffelchen- oder gestreckte
> Stellung) und die Gewichtsverteilung (befinden sich die 100kg eher in
> den Hüften oder in den Schultern) von Bedeutung.

Winslow schrieb:
> in Totstellung knapp unter der Wasseroberfläche..
     ^^^^^^^^^^^

damit wären einige deiner Annahmen bereits ausgeschlossen gg


Aber ich habe was Interessantes.
Da du vermutlich nur als Verdränger unterwegs sein wirst, kannst du 
zumindest mal die physikalisch maximale Höchstgeschwindigkeit für dein 
Boot berechnen:
               /--
vmax = 4,5 * \/ L         mit L = Länge des Bootes im Wasser

das wären bei 2m Länge ca. 6km/h.. allerdings unter der Voraussetzung, 
dass dein Motor beliebig stark ist ;-)

Um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, musst du in Gleitfahrt kommen. 
Und ich gehe mal davon aus, dass die 0,4PS nicht reichen, das Boot aus 
dem Wasser zu heben

Karl Heinz Buchegger schrieb:
> Das dieser bessere Gummimotor 1 Tonne
> schleppen kann, glauben die doch selber nicht.

Na für ausgeschlossen halte ich das nicht.. wenn das Beliebig langsam 
erfolgen kann, wäre das schon denkbar. Ich finde es immer wieder 
erstaunlich, wie leicht sich auch ein echt großes Boot bei Windstille 
"von Hand" ein wenig schieben lässt. Man braucht nur ein wenig Geduld 
;-)

Karl Heinz Buchegger schrieb:
> OK.
> Dann aber die Zitronen nicht vergessen.
> Sonst kriegst du Skorbut noch ehe du aus der Marina draussen bist.

ROFL :-) Sehr geil, echt...

Ich nehm ein Fass Sauerkraut mit, das ist standesgemäßer und hat auch 
jede Menge Vitamin C gg

A. K. schrieb:
> Aber schau dass Flaute ist. Zumindest kein Gegenwind.

Sag ich doch: Bei Windstille..

Karl Heinz Buchegger schrieb:
> Wir haben hier im Verein Zillen.

Na dann haben wir ja endlich nen Experten hier.

Das mit dem Gleiten kann er komplett vergessen. 200kg Boot kriegt der 
mit 0,4 PS NIEMALS aus dem Wasser. Also bleibt nur Verdrängen.
Und wenn ihr mit den Zillen und 5PS in Verdrängerfahrt 
Schrittgeschwindigkeit erreicht, dann dürft er mit seinen knappen 0,5PS 
einfach vom Wind davongetrieben werden.

Würde sich ja auch mit meiner ursrünglichen Einschätzung der Situation 
decken, dass jedes Tretboot schneller ist.

Vorallem denke ich mal, dass dieses armselige Schräubchen auch mehr 
Schaum produziert, als Schub...

Schlumpf schrieb:

> Und wenn ihr mit den Zillen und 5PS in Verdrängerfahrt
> Schrittgeschwindigkeit erreicht, dann dürft er mit seinen knappen 0,5PS
> einfach vom Wind davongetrieben werden.

Das ist doch aber völlig irrelevant. Natürlich kann man mit dem 
Strömungswiderstand des Wassers alleine auch nur die Geschwindigkeit 
gegenüber dem umgebenden Wasser ausrechnen, nicht die gegen Grund oder 
ein wie auch immer geartetes anderes Bezugssystem. Das ist so dermaßen 
logisch, daß wohl nur Vollidioten eine explizite Erwähnung dieses 
Sachverhaltes erwarten oder zum Verständnis benötigen würden.

Will man andere Geschwindigkeitskomponenten einbeziehen, muß man die 
entsprechend die dort jeweils wirksamen Widerstände berechnen und das 
Gesamtergebnis vektoriell addieren. Das ist soweit erstmal völliger 
Kinderkram, denn die Gesetzmäßigkeiten sind immer dieselben, nur K 
unterscheidet sich natürlich je nach Medium und ggf. auch 
Bewegungsvektor, wenn die Form des Körpers nicht symmetrisch bezüglich 
der Vektorebene ist.

Das Kitzlige bei Booten sind allein die Effekte an der Mediengrenze 
zwischen Wasser und Luft. Nur hier gelten Gesetze, die mit einem 
einfachen K*v² leider nicht mal mehr näherungsweise zu beschreiben sind. 
Diesen Sachverhalt kann man aber bei Geschwindigkeiten unter ca. 40 km/h 
noch getrost völlig ignorieren. Und das bezieht sich ausdrücklich auf 
beide relevanten Inertialsysteme, sowohl Wasser-Boot als auch Luft-Boot.

c-hater schrieb:
> daß wohl nur Vollidioten eine explizite Erwähnung dieses
> Sachverhaltes erwarten oder zum Verständnis benötigen würden.

Danke für den freundlichen Hinweis...
Offenbar hast du die Ironie meiner von dir zitierten Anmerkung nicht 
erkannt, aber vielleicht hätte ich sie explizit erklären müssen, da sich 
offensichtlich doch die von dir zitierten Vollidioten hier aufhalten, 
die das nicht selber erkennen..

c-hater schrieb:
> Diesen Sachverhalt kann man aber bei Geschwindigkeiten unter ca. 40 km/h
> noch getrost völlig ignorieren.

Jetzt hau ich mir aber auf die Schenkel vor lachen....

Hast du eine Vorstellung, wie schnell 40km/h auf dem Wasser sind? Diese 
Geschwindigkeit erreichst du mit einem kleinen Boot überhaupt gar nicht, 
ohne einen Wechsel in völlig andere physikalische Zusammenhänge.

Ein langsam fahrendes Boot ist immer in Verdrängungsfahrt. Und dann ist 
es abhängig von Gewicht, Rumpfform und Motorleistung, ob es dir gelingt, 
in Gleitfahrt zu kommen. Ist der Motor nicht stark genug, dann wird dir 
das nicht gelingen und du kommst nicht mehr weiter in Fahrt.

und wenn du behauptest, dass bis 40km/h ein einfacher Quadratischer 
Zusammenhang mit K*v² gilt, dann lass ich das lieber unkommentiert.
Gilt vielleicht in erster Näherung für einen 300m Öltanker, aber sicher 
nicht für ein kleines Boot..

c-hater schrieb :
> Mal noch'ne abschließende Frage: Du hast das bundesdeutsche
> Schulbildungssystem durchlaufen, stimmt's?


> daß wohl nur Vollidioten eine explizite Erwähnung dieses
> Sachverhaltes erwarten oder zum Verständnis benötigen würden.

Gut, dass c-hater das Schulsystem offensichtlich bis zum Schluss 
durchlaufen hat, und deswegen über die Lizenz verfügt, seine doch recht 
fragwürdigen Behauptungen mit o.g. Aussagen zu dekorieren...

http://www.boote-forum.de/showthread.php?t=108509

Manchmal sind Praxiserfahrungen um ein vielfaches besser als Theoretiker 
die sich tagelang streiten OB etwas funktioniert, obwohl es in der 
Praxis ganz eindeutig funktioniert :)

Höchstgeschwindigkeiten darf man aber nicht erwarten :)

Auch unsere ~11t Segelyacht kommt mit Ihren 28PS nicht wirklich auf 
Atemberaubende Geschwindigkeiten. aber darum gehts ja nicht :)

Mit einem MinnKota Endura30/40 (mein alter MinnKota liegt hier genau 
dazwischen) und einem Mehrkammergummiboot von 2,45m Länge und dem 
Gesamtgewicht von knapp 200kg komme ich auf ca. 5km/h bei Fahrstufe 3. 
Der 12V/60Ah-Akku reicht dann für etwa 4h Fahrt. Dann hat er eine 
Restladung von 30%.
Mit Fahrstufe 5 geht es nur unwesentlich schneller, aber der Strom 
steigt dann auf ca 40A an.

Blackbird