10. Das Parallelogramm der Kräfte.

Von allen Sätzen der Mechanik wird keiner so oft unbewußt verwendet

wie dieser, denn in Wirklichkeit kann man zwei an einem Punkt unter

einem Winkel angreifende Kräfte stets durch eine einzige ersetzen,

wie auch eine gegebene Kraft stets in zwei Seitenkräfte zerlegen,

die zusammen dieselbe Wirkung hervorbringen wie jene allein. Der

gesamte Komplex unserer menschlichen Betätigung steht im Zeichen des

Kräfteparallelogramms von seinen Anfängen an bis zur Gegenwart hinauf.

Aus dieser Fülle Beispiele herauszugreifen hält schwer. Wir wollen uns

mit einigen wenigen begnügen, die das Hineinwachsen unseres Geschlechts

in die Herrenrolle dafür um so beredter predigen.

Da ist als uralte und nahezu allgemein menschliche Kunstübung das

Rudern zu nennen. Jeder, auch der wasserfremdeste Großstadtbewohner,

bildet sich ein, es zu können. Die Unfallstatistik bringt leider den

Gegenbeweis. Auch von den Naturvölkern verstehen es nicht alle, ein

Zeichen, daß der Mensch das Rudern wirklich erst hat lernen müssen. Die

Kulturvölker rudern anders als die Naturvölker; wir streichen, diese

»paddeln«, d. h. tauchen, im Boot stehend oder hockend und das Gesicht

nach vorn, ihr kurzes Ruder aus freien Händen etwas nach vorn, aber

parallel der Kielebene in die Flut und drücken das Boot so vorwärts.

Physikalisch handelt es sich in beiden Fällen um die Arbeit von Hebeln,

und zwar einer Kombination je des ein- und des zweiarmigen Prinzips.

Da das Boot weiterkommen soll, liegt der eigentliche Drehpunkt am

unteren Ruderende im Wasser. Beide Hebelarme liegen dann innerhalb

der Ruderlänge selbst. Den kürzeren Arm stellt der Widerstand des

Wassers dar, der überwunden werden muß; den längeren das Ruder bis zu

den Händen seines Meisters. Die Zweiarmigkeit wird uns klar, wenn wir

sehen, mit welcher Leichtigkeit unsere Wettruderer in ihren Booten

mit den weitausladenden Dollen große Geschwindigkeit erzielen. Das

ermöglicht ihnen der inseits der Dolle liegende längere Hebelarm, der

dafür allerdings auch eine größere Streichweite erfordert. Daher die

auf Rollen laufenden Gleitsitze. Beim Paddeln liegt der Drehpunkt des

zweiarmigen Hebels in der unteren Hand.

In welch einschneidender Weise ein zu weites Ausholen die

Arbeitsleistung schädigt, zeigt uns die dem Pfaundlerschen Werk

entnommene Abbildung 36; zugleich auch, in welcher Weise die Zerlegung

der Kräfte vor sich geht. »Wenn wir,« sagt Pfaundler, »wie das auf der

rechten Bootseite gezeichnet ist, das Ruder aus der Stellung ~OR~ in

die Stellung ~OR′~ bringen, wobei ein Bogen von 120° beschrieben wird,

so stelle zu Beginn des Ruderschlages ~ad~ die Kraft dar, mit der er

auf das Wasser wirkt. Diese Kraft zerfällt in die für uns nutzlose

Komponente ~ab~ und in die Komponente ~ac~. Nur die letztere bringt

das Schiff vorwärts. Ebenso ist gegen Ende des Ruderschlags nur die

Teilkraft ~a′c′~ für unsern Zweck dienlich. Nur in dem Moment, wo

das Ruder senkrecht auf die Mittellinie des Schiffes gerichtet ist,

wirkt die volle, ungeteilte Kraft des Ruderschlages vorwärtstreibend

auf das Schiff. -- Beobachten wir dieselben Konstruktionen auf der

linken Seite, wo der Bogen des Ruders nur 60° beträgt. Hier sind die

wirksamen Teilkräfte zu Beginn und am Ende des Ruderschlages wieder

~ac~ und ~a′c′~. Während nun auf der rechten Seite ~ac~ und ~a′c′~

nur ungefähr die Hälfte der vollen Kraft betragen, sind auf der

linken Seite die wirksamen Teilkräfte nur wenig kleiner als die volle

Kraft. Das zu weite Ausholen ist also unökonomisch; zwar bringt der

doppelt so weite Ruderschlag das Boot weiter vorwärts als der weniger

weit ausholende, aber durchaus nicht doppelt so weit, während unsere

Anstrengung doppelt so groß ist. Rationeller ist es also, kleinere,

aber dafür zahlreichere Schläge auszuführen, allerdings auch nur bis zu

einem gewissen Grade, da ja auch das Ausheben und Einsenken des Ruders

Arbeitskraft erfordert.«

[Illustration: Abb. 36. Das mechanische Prinzip des Ruderns.]

Das Paddeln erfolgt nach genau den gleichen Gesetzen, nur daß die

Ruderebene um annähernd 90° gedreht ist. Da es bei der Kürze der Ruder

keine großen Ausschläge gestattet und der Ruderer sein Gesicht dem Ziel

zuwendet, besitzt es einige Vorteile vor unserer Art des Ruderns. In

der geräumigen Kamerunbucht äußerten sie sich jahrzehntelang in der

Weise, daß bei den Wettrudern der deutschen Matrosen die buntbemalten

großen Einbäume der Duala-Neger in der Regel schneller fuhren als

unsere langrudrigen schweren Plankenboote, was für jenen an sich

schon nicht sehr bescheidenen Volksstamm stets ein Grund lärmendsten

Triumphes war. ~Tempi passati!~

Über den Anfängen des Segelns lagert ein tiefes Dunkel. An sich

erscheint seine Entdeckung oder Erfindung leicht, da der Wind ja

schließlich jeden flächenhaften schwimmenden Gegenstand vor sich

hertreibt. Trotzdem ist es unter den Naturvölkern nur sehr lückenhaft

verbreitet, beim Neger von Haus aus gar nicht, in Amerika nur bei den

Inkaperuanern und den Maya, während es die Inselkaraiben Westindiens

und die Tupí und Guaraní des östlichen Südamerika vermutlich erst in

nachkolumbischer Zeit von den Europäern gelernt haben. Nur bei der

malaiischen Rasse ist es seit unvordenklichen Zeiten Allgemeingut;

wie hätte sie sonst ihre Wanderung um mehr als den halben Erdball

vollführen können!

Auf diese seetüchtige Rasse ist nun auch das Lavieren oder Kreuzen

gegen den Wind beschränkt. Für Nordwest-Europa wird diese schwierigste

aller nautischen Künste zum erstenmal für das Jahr 1189 erwähnt,[9]

ist also eine recht junge Errungenschaft. Wie alt sie bei den

Malaien und insonderheit den Poly- und Mikronesiern ist, und ob

diese ihre Durchdringung des Stillen Ozeans bis Hawaii im Norden

und der Osterinsel im Osten bereits der durch das Kreuzen bedingten

Unabhängigkeit von den Windrichtungen verdanken oder dem bloßen Segeln

mit dem Winde, läßt sich wohl kaum noch entscheiden. Heute, wie gesagt,

beherrschen sie diese Kunst, wenngleich sie dabei auch ein ganz klein

wenig anders verfahren, als das bei unseren Segelmanövern geschieht.

Der Gegenstand ist schon aus diesem Grund einer näheren Betrachtung

wert, wobei wir uns wiederum an Pfaundler anschließen wollen.

Aufkreuzen ist in allen den Fällen nötig, wo der Wind vom Ziele her

weht. Um es trotzdem zu erreichen, drehen wir das Boot so, daß seine

Kiellinie ~KK′~ gegen einen andern Punkt ~Z′~ gerichtet ist, und

stellen die Segelfläche in die Richtung ~SS′~, also zwischen die

Windrichtung und die Kiellinie (Abb. 37). Nun sucht der Wind den

Punkt ~A~ des Segels in der Richtung nach ~D~ zu bewegen. Die Strecke

~AD~ stelle uns die Kraft dar, mit der das geschieht. Diese Kraft

zerlegt sich in zwei Komponenten ~AB~ und ~AC~. Die erstere läßt die

Luftmassen längs des Segels abstreichen, ohne weitere Wirkung zu

äußern; die letztere Teilkraft, die senkrecht auf der Segelfläche

steht, sucht Segel und Schiff in der Richtung ~AC~ mit der Stärke

~AC~ zu bewegen. Aber das Schiff kann nur in der Kiellinie fahren,

da der Widerstand des Wassers sonst zu groß ist. Somit zerfällt die

Kraft ~AC~ wiederum in zwei Teilkräfte ~Ab~ u. ~Ac~. ~Ab~ übt keine

Wirkung wegen des Widerstandes des Wassers aus, ~Ac~ aber treibt das

Schiff in der Richtung des Kiels mit einer Kraft, die durch die

Strecke ~Ac~ vorgestellt wird. Somit segeln wir in der Richtung nach

dem Ziele ~Z′~. Nach einiger Zeit wenden wir mit dem Steuer das Boot

rechts herum in der Richtung nach ~Z″~ und stellen das Segel wieder

nach ~SS′~, zwischen die Windrichtung ~WD~ und die Kielrichtung ~K′K~.

Nun wiederholt sich wie früher die doppelte Zerlegung, und wir segeln

gegen ~Z″~. An dem Punkt ~Z″~ angekommen, wenden wir wieder nach links,

so daß das Boot in die gleiche Stellung kommt wie bei der Abfahrt. So

müssen wir unser Ziel ~Z~ erreichen.

[Illustration: Abb. 37. Das mechanische Prinzip des Kreuzens gegen den

Wind.]

Das ist der Vorgang rein schematisch betrachtet. In der Praxis

kompliziert er sich bei uns durch die Blähung des Segels, noch mehr

aber in der Südsee, wo zunächst der Ausleger in Rechnung zu ziehen ist,

wo aber auch, wie auf den Marshall-Inseln, der Mast nicht mittschiffs,

sondern außenbords auf der Auslegerbrücke steht. Dieser Ausleger, ein

durch Querhölzer mit dem Boot verbundener balkenförmiger Schwimmer,

ist der Grund, warum die Mikronesier nicht über Stag gehen oder

halsen, d. h. durch einfaches Wenden des Schiffes aufkreuzen können.

Er muß nämlich stets an der Windseite bleiben, um den Segeldruck

auszugleichen.[10] Deshalb wird an der Wendestelle das Boot mit dem

Heck nach vorn gedreht -- sie sind hinten wie vorn gleich scharf

gebaut -- und das Segel von hinten nach vorn getragen. Also ein in

Einzelheiten urtümliches, als Ganzes aber doch großartiges Verfahren,

dem kein anderes Naturvolk etwas Gleichwertiges an die Seite zu setzen

hat.

Der Ausleger kompliziert das Fahren aber auch noch in einer anderen

Beziehung. Er bietet dem Wasser einen Widerstand, der auf die

Fahrtrichtung des Bootes selbst nicht ohne Wirkung bleiben kann. Sie

äußert sich in Reibung, die das Schiff nach seiner Seite hin ablenken

und theoretisch im Kreis herumführen muß. Um dem zu begegnen, haben

außer den Nikobaresen vor allem die Marshall-Insulaner die dem Ausleger

zugewandte Bootseite erheblich gewölbter gestaltet als die andere

Seite, die beim Marshallboot eine fast gerade Fläche bildet. Auf diese

Weise wird der ungleiche Wasserwiderstand so gut ausgeglichen, daß die

Fahrt nunmehr in der gewünschten geraden Linie erfolgt.

[Illustration: Abb. 38. Drachenfischerei auf den Salomonen.]

Wir können von der Südsee nicht scheiden, ohne noch einer halb

nautischen, halb aëronautischen Großleistung ihrer Bewohner zu

gedenken. Das ist der Fischdrachen, dessen Verwendung ich bereits im

»Kosmos-Handweiser« von 1917, Seite 65, kurz geschildert habe. Er

wird heute in drei Gebieten gebraucht, vom Westende von Neuguinea

bis zur Bandasee und vereinzelt sogar bis zur Sundastraße, vom

Ostende Neuguineas bis zu den Santa-Cruz-Inseln und den nördlichen

Neuen Hebriden, und schließlich im nördlichen und westlichen

Bismarck-Archipel. Aller Wahrscheinlichkeit nach ist er nicht

einheimisch, sondern über Indonesien von irgendwoher eingewandert.

In Form und Handhabung ähnelt der Fischdrachen unserem heimischen

Papierdrachen sehr, nur ist er aus leichten Pflanzenblättern

zusammengestellt und gegen den Winddruck durch dünne Stäbchen

versteift. Wie man aus der Abbildung 38 ersieht, paddelt der Fischer

kräftig gegen den Wind; der Drache steigt, schleppt aber am Ende

seines Schweifes einen Köder in Form eines Bündels zusammengewickelter

Spinnwebfäden, in denen sich große Fische, wie Hornhechte, beim

Hineinbeißen mit den Zähnen verfangen sollen. Der Köder hüpft bei

der frischen Brise lustig über die Wellen dahin, so daß er die

Aufmerksamkeit der Hornhechte sehr wohl erregen wird.

Bis hierher sind die Literaturangaben klar und unmißverständlich. Wie

aber bringt der Fischer, falls er allein auszieht, den Drachen zum

Steigen, und wie zieht er ihn, nachdem er am Zucken der Schnur das

Anbeißen des Fisches festgestellt hat, ein, ohne daß der Drache ins

Wasser fällt? Selbst die eingehenden Studien meines Mitarbeiters Dr.

Plischke, der dem Fischdrachen zurzeit eine Monographie widmet, haben

in den meisten dieser Punkte bisher keine Klarheit zu schaffen vermocht.

[Illustration: Abb. 39. Das mechanische Prinzip des Luftdrachens.]

Physikalisch stellt der Luftdrache eine solche Häufung von Gesetzen

dar, daß wir auf eine ausführliche Darlegung verzichten, uns vielmehr

mit einer groben Analyse begnügen müssen. In der Abbildung 39 stelle

~sp~ den horizontal im Schwerpunkt ~p~ der geneigten Drachenfläche ~bb~

angreifenden Winddruck dar. Nach dem Satz vom Kräfteparallelogramm

zerlegt sich die Resultante ~pa~ in die Teilkraft ~pd~, die wirkungslos

an der Fläche entlang gleitet, und die Teilkraft ~pc~, die senkrecht

gegen die Fläche aufwärts drückt. Dorthin würde also der Drache

gehoben, wenn er ohne Gewicht wäre. Da das nicht der Fall ist, setzt

sich der Druck ~pc~ mit der in ~p~ senkrecht abwärts wirkenden

Schwerkraft zu der Gesamtresultante ~pg~ zusammen. Die bei ~p~

befestigte Schnur ~ep~ nimmt die Richtung dieser Resultante an und hält

ihr durch ihre Spannung das Gleichgewicht, d. h. der Drache schwebt

beim Festhalten und steigt beim Nachlassen der Schnur. Die besonderen

Einwirkungen des Schweifes auf Schwerpunkt, Schnurbefestigung usw.

müssen wir hier als zuweit führend beiseite lassen.

Die Anfänge der Naturbeherrschung. 1. Frühformen der Mechanik · 第 22 / 39 题