Grundlagen der Schifffahrt: Stabilität, Strömungen & Navigation

Mittelpunkt des Auftriebs (C)

Der Mittelpunkt des Auftriebs (auch bekannt als Auftriebszentrum) ist der Schwerpunkt des Volumens des Wassers, das von einem schwimmenden Körper für einen gegebenen Zustand verdrängt wird. Er ist entscheidend für die Stabilitätsberechnung der auf das Schiff wirkenden Kräfte.

Er wird durch den Buchstaben C dargestellt und in einigen Publikationen mit dem Buchstaben B gleichgesetzt, was im Englischen für "Buoyancy" (Auftrieb) steht.

Da sich das Schiff in Bewegung und Wellen befindet, ist die Position des Mittelpunkts des Auftriebs variabel und hängt von der Rumpfform und dem zu diesem Zeitpunkt untergetauchten Volumen ab.

Die Kurve in der Querebene, die das Auftriebszentrum für verschiedene Rollwinkel beschreibt, wird Kurve des Mittelpunkts des Auftriebs oder Krümmungsradienkurve genannt.

Breitenmetazentrum (BM)

Da das Metazentrum per Definition in der vertikalen Mitte des Auftriebs des Schiffes liegt, muss lediglich der vertikale Abstand BM zur Bestimmung seiner Position bekannt sein.

Querstabilität eines Schiffes

Die Querstabilität beschreibt das Verhalten eines Schiffes bei Neigung um seine Längsachse.

1. Stabiles Gleichgewicht (Positive Stabilität)

   Wenn ein Schiff aufgrund einer äußeren Kraft geneigt wird und das Metazentrum (M) oberhalb des Schwerpunkts (G) liegt, erzeugt der Hebelarm ein aufrichtendes Moment. Dieses Moment bringt das Schiff wieder in seine ursprüngliche aufrechte Lage zurück. Dies ist der Fall, wenn die metazentrische Höhe GM > 0 ist.

2. Neutrales Gleichgewicht (Null-Stabilität)

   Wenn der Schwerpunkt (G) und das Metazentrum (M) zusammenfallen, werden keine Kräftepaare erzeugt. Das Schiff verbleibt in der geneigten Position, in die es gebracht wurde. Dies bedeutet, dass die metazentrische Höhe GM = 0 ist.

3. Labiles Gleichgewicht (Negative Stabilität)

   Wenn der Schwerpunkt (G) höher als das Metazentrum (M) liegt, erzeugt das Kräftepaar ein kippendes Moment. Dieses Moment verstärkt die Neigung des Schiffes und führt zu einer weiteren Krängung oder zum Kentern. Dies ist der Fall, wenn die metazentrische Höhe GM < 0 ist.

Meeresströmungen

Eine Meeresströmung ist eine kontinuierliche und dauerhafte Translationsbewegung von Wassermassen in den Ozeanen und, in geringerem Maße, in größeren Seen. Diese Strömungen entstehen durch eine Vielzahl von Ursachen, hauptsächlich durch:

• Die Erdrotation (die unterschiedlich auf den Meeresboden und die Oberfläche wirkt)
• Stetige oder globale Winde
• Die Topografie des Meeresbodens und die Lage der Kontinente

Corioliskraft

Genauer gesagt, ist die Corioliskraft die Kraft, die auf einen Körper ausgeübt werden muss, um seine Winkelgeschwindigkeit nicht zu ändern, wenn sein Abstand von der Rotationsachse variiert. Das heißt, die Kraft muss so ausgeübt werden, dass der Coriolis-Effekt nicht auftritt.

Dies ist analog zu der Kraft, die notwendig ist, um einen Körper in einem festen Abstand von der Achse zu halten; diese Kraft wird Zentripetalkraft genannt. Ihre Abwesenheit führt zum Auftreten einer (fiktiven) Kraft, der Zentrifugalkraft.

Gezeiten: Ebbe und Flut

Die Gezeiten sind die periodischen Veränderungen des Meeresspiegels, die hauptsächlich durch die Gravitationskräfte von Mond und Sonne verursacht werden.

• Flut (Hochwasser): Wenn das Meerwasser seinen höchsten Punkt im Gezeitenzyklus erreicht.
• Ebbe (Niedrigwasser): Der entgegengesetzte Zustand, wenn der Meeresspiegel am niedrigsten ist.

Wellen

Wellen sind Schwingungen, die sich auf der Oberfläche von Meeren, Ozeanen, Flüssen, Seen, Kanälen usw. ausbreiten.

Ozeanwellen sind mechanische Wellen (d.h. Störungen eines Mediums), die als Oberflächenwellen bezeichnet werden. Sie breiten sich an der Grenzfläche (der Grenze) zwischen zwei Medien aus. In diesem Fall ist dies die Grenze zwischen Atmosphäre und Ozean.

Seekarten

Eine Seekarte ist eine maßstabsgetreue Darstellung schiffbarer Gewässer und angrenzender Landgebiete. Sie zeigt üblicherweise:

• Wassertiefen und Landhöhen
• Die Beschaffenheit des Meeresbodens
• Die Küstenlinie, einschließlich Häfen
• Navigationsgefahren
• Die Position von Leuchtfeuern und anderen Navigationshilfen

Seekarten sind wesentliche Instrumente für die nautische Navigation.

Kartenprojektionen

Mercator-Projektion

Die Mercator-Projektion ist eine Zylinderprojektion, die besonders für die Navigation geeignet ist, da sie Kurse konstanter Peilung (Loxodromen) als Geraden darstellt.

Gnomonische Projektion

Die Gnomonische Projektion stellt Landoberflächen auf Tangentialebenen zu einem Punkt dar. Es gibt drei Klassen:

• Polar: Der Berührungspunkt liegt an einem der Pole.
• Äquatorial: Der Berührungspunkt liegt auf dem Äquator.
• Schief: Der Berührungspunkt liegt an einem beliebigen anderen Punkt.