Stabiliteit – Zeilvertrouwen

Bij lift en drag hebben we gezien dat de kracht van de wind op het zeil niet alleen een voorwaartse kracht oplevert, maar ook een hellende kracht (Fh). Die kracht wil de boot omduwen. Toch slaat een boot niet bij elk zuchtje wind om. Er is dus iets dat de boot rechtop houdt. Dat noemen we stabiliteit, en ook hier draait alles om koppels.

Twee punten: G en B

Op een boot werken twee grote krachten die we nog niet besproken hebben.

De zwaartekracht trekt de boot naar beneden. Al het gewicht van de boot, de bemanning en de spullen aan boord tellen we op tot één kracht die aangrijpt in het gewichtszwaartepunt, kort G.
De opwaartse kracht van het water duwt de boot omhoog. Dit is de reden dat een boot drijft. Ook deze kracht tellen we op tot één kracht, die aangrijpt in het midden van het deel van de romp dat onder water zit: het drukkingspunt, kort B (van het Engelse buoyancy).

Ligt de boot stil en rechtop, dan zijn deze twee krachten even groot en tegengesteld. Ze liggen recht boven elkaar, er is geen arm en dus ook geen koppel. De boot is in evenwicht, net als het touwtrekken bij vectoren.

Wat gebeurt er als de boot helt?

Helt de boot, dan verandert de vorm van het deel van de romp dat onder water zit. Aan de lijzijde komt meer romp onder water, aan de loefzijde komt de romp juist omhoog. Het drukkingspunt B schuift daardoor naar lij. Het gewichtszwaartepunt G blijft gewoon waar het was, want het gewicht in de boot is niet verplaatst.

Vooraanzicht van een hellende boot met het gewichtszwaartepunt G, het drukkingspunt B en de arm tussen beide krachten — Bij helling schuift B naar lij. De zwaartekracht in G en de opwaartse kracht in B liggen niet meer boven elkaar: er ontstaat een oprichtend koppel.

Nu liggen de twee krachten niet meer boven elkaar maar naast elkaar, met een arm ertussen. Er ontstaat een koppel dat de boot weer rechtop wil duwen: het oprichtend koppel. Hoe verder B naar lij schuift ten opzichte van G, hoe langer de arm en hoe sterker de boot zich opricht.

Twee koppels tegen elkaar

Tijdens het zeilen werken er dus twee koppels tegen elkaar in, net als bij de weegschaal uit de les over koppels.

Het hellend koppel: de hellende kracht van de zeilen in het zeilpunt (Zp) en de weerstand van het water in het lateraalpunt (Lp). De arm is de hoogte tussen die twee punten.
Het oprichtend koppel: de zwaartekracht in G en de opwaartse kracht in B. De arm is de afstand tussen die twee punten.

Zijn deze koppels even groot, dan blijft de boot op een vaste hoek hellen. Komt er een vlaag, dan wordt het hellend koppel groter en helt de boot verder, totdat het oprichtend koppel weer even groot is. Wordt het hellend koppel groter dan het oprichtend koppel ooit kan worden, dan slaat de boot om.

Vormstabiliteit en gewichtsstabiliteit

Er zijn twee manieren om een boot stabiel te maken.

Vormstabiliteit krijg je met een brede, platte romp. Bij een klein beetje helling komt er aan de lijzijde al veel romp onder water en schuift B ver naar lij. De arm wordt snel lang. Een jol of een catamaran haalt zijn stabiliteit vooral uit de vorm. Het nadeel: als de boot ver genoeg helt, kan B niet verder naar lij schuiven en wordt de arm weer kleiner. Dan slaat de boot om.

Gewichtsstabiliteit krijg je door G zo laag mogelijk te leggen, bijvoorbeeld met een zware kiel. Hoe verder de boot helt, hoe verder het gewicht van de kiel naar loef zwaait en hoe langer de arm. Een kielboot is daardoor bij weinig helling wat wiebelig, maar komt bij veel helling vrijwel altijd weer overeind.

Vergelijking tussen een brede jol met vormstabiliteit en een kielboot met gewichtsstabiliteit — Links een jol: stabiel door de brede romp. Rechts een kielboot: stabiel door het lage gewichtszwaartepunt.

Wat kan je er zelf aan doen?

Je hebt invloed op beide koppels.

Het oprichtend koppel groter maken: ga met de bemanning aan de loefzijde zitten. Je verplaatst daarmee G naar loef en maakt de arm langer. Hoe verder je buiten boord hangt, hoe groter het effect. Dit is precies waarom we in een jol uithangen of in de trapeze gaan.
Het hellend koppel kleiner maken: vier de zeilen in een vlaag, zodat er minder kracht op komt. Of maak het zeil kleiner door te reven. Zakt het zeilpunt daardoor ook lager, dan wordt de arm van het hellend koppel korter, dubbele winst dus.

Een boot die minder helt, vaart meestal ook sneller. Bij te veel helling gaat een deel van de kracht van de wind verloren aan het omduwen van de boot in plaats van aan vooruit varen. En uit de les over invloed van gewicht weet je dat een hellende boot ook nog eens wil oploeven, waardoor je meer roer moet geven.