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Boot

Boot

Ein Boot ist ein Fahrzeug, welches nach dem archimedischen Prinzip auf dem Wasser, oder als U-Boot exakt ausbalanciert, (ebenfalls nach dem Archimedischen Prinzip), in einer von der Besatzung exakt definierbaren Tiefe im Wasser schwimmt. Ein Boot unterscheidet sich von einem Floß durch seinen Antrieb. Ein Floß wird lediglich durch die Strömung des Wassers fortbewegt und verfügt manchmal über Steuerungen, jedoch nie über einen eigenen Antrieb. Die Geschwindigkeit des Floßes im Vergleich zu dem ihm umgebenden Wasser bleibt also immer gleich Null. Boote hingegen werden, wie auch Schiffe nicht durch die Strömung des Wassers fortbewegt, sondern über andere Antriebe (Segel, Motor oder auch das Rudern und Paddeln). Ein Boot oder Schiff hat also eine Geschwindigkeit und/oder Fahrtrichtung, die von der Geschwindigkeit und/oder Richtung des ihn umgebenden Wassers abweicht. Ein Boot/Schiff wird aber nicht zum Floß, wenn der Antrieb ausfällt, sondern wird durch einen Ausfall oder die Beseitigung des Antriebes nur zu einem kaputten oder stillgelegtem Boot/Schiff. Der Rumpf/Schiffskörper eines Bootes /Schiffes ist aus Holz, Stahl, Kunststoff, GFK oder gar Beton, manchmal sogar aus Kombinationen der o.a. Materialien, gefertigt. Boote können nach ihrer Bauweise (Holzboot, Schlauchboot), ihrem Antrieb (Motorboot, Paddelboot, Ruderboot, Segelboot), nach ihrem Verwendungszweck (Fischerboot, Rettungsboot, Sportboot, Rennboot, Sumpfboot, Amphibienfahrzeug), nach ihren hydrodynamischen Eigenschaften (Gleiter, Halbgleiter, Verdränger) oder auch nach der Zahl der Rümpfe (1 = Monohull, 2 = Katamaran, 3 = Trimaran) unterschieden werden. Wobei Schlauchboote eine Sonderform des Bootes darstellen, da sie, wie Flöße, gemäß ihrer Bauart, schon im [[Material

Fahrzeug

Fahrzeuge sind alle Gegenstände, die der Fortbewegung auf dem Lande dienen. Die Antriebsart ist dabei ohne Bedeutung Beispiele für Fahrzeuge sind
- Wagen
- Fahrrad
- Elektrofahrzeug
- Motorrad
- Automobil
- Kraftfahrzeug
- Schienenfahrzeug
- Luftfahrzeug
- Wasserfahrzeug
- Landfahrzeug
- Flurförderfahrzeug
- Raumfahrzeug
- Muskelkraftbetriebenes Fahrzeug

Siehe auch:

- Liste der Verkehrsmittel
- Themenliste Fahrzeugtechnik Kategorie:Verkehrstechnik ! simple:Vehicle

U-Boot

Ein U-Boot, die Kurzform für Unterseeboot (im militärischen Sprachgebrauch Uboot ohne Bindestrich), ist ein Boot, das für die Unterwasserfahrt gebaut wurde. Moderne große U-Boote, die ein Gewicht von bis zu 35.000 Tonnen haben können, werden auch U-Schiffe genannt. Der Begriff U-Boot bezeichnet speziell militärische Unterwassereinheiten. Zivile U-Boote, ob kommerziell oder für die Forschung, werden meist Tauchboote genannt. Auch die im Zweiten Weltkrieg eingesetzten U-Boote werden zur Unterscheidung gegenüber den heutigen U-Booten, die monatelang unter Wasser bleiben können, in der Fachliteratur eher als Tauchboote bezeichnet, da sie im Unterwassereinsatz eher leistungsschwach waren (zu kurze Tauchzeiten und -tiefen) und somit hauptsächlich aufgetaucht zum Einsatz kamen.

Geschichte

Der Wunsch des Menschen, länger und tiefer zu tauchen, als es die Atemluft zulässt, ist etwa genauso alt wie der Wunsch zu fliegen. Aus der Antike gibt es entsprechende Berichte von Aristoteles und Plinius dem Älteren. Selbst Alexander der Große soll bereits Tauchversuche im Mittelmeer unternommen haben. Das bekannteste und auch heute noch verbreitetste "Instrument" dafür ist ein Schnorchel in der richtigen Länge. Mit einem Schnorchel über 30 cm Länge zu tauchen ist lebensgefährlich, denn mit einem solchen würde man nur mehr seine eigene verbrauchte Luft einatmen; man spricht hier von "Pendelluft". Zudem kann ab einer Tiefe von etwa einem Meter die Atemmuskulatur den Wasserdruck nicht mehr überwinden, wodurch ein Einatmen ohne Überdruck-Luftversorgung unmöglich wird. Ebenfalls sehr alt sind Gewichtsgürtel, die es vor allem gut trainierten Tauchern (z. B. Schwamm- oder Perlentaucher) erleichterten, länger unter Wasser zu bleiben, ohne ständig gegen den Auftrieb ankämpfen zu müssen.

15. bis 18. Jahrhundert

Schnorchel Die Geschichte des technisch geprägten Tauchens begann mit dem 15. Jahrhundert. So entwarf 1405 der Nürnberger Kriegsbaumeister Konrad Kyeser in seinem Werk Bellifortis einen ersten Tauchanzug. Bereits 1515 konstruierte Leonardo da Vinci auf dem Reißbrett ein Ein-Mann-Tauchboot. Diese Ideen wurden weiter vorangetrieben, und 1604 fasste der Universitätsprofessor Magnus Pegel erstmalig in einem Buch die Grundgedanken zusammen und beschrieb darüberhinaus die technischen Voraussetzungen für den Bau eines Tauchbootes. Der niederländische Erfinder Cornelis Jacobszoon Drebbel ging schließlich als erster über die blanke Theorie hinaus und baute im Jahre 1620 das erste manövrierbare Unterwasserfahrzeug, wobei es sich um ein mit Leder überzogenes Holzruderboot handelte. Im Auftrag des Landgrafen von Hessen konstruierte 1691 der französische Physiker Denis Papin, der auch Professor an der Philipps-Universität Marburg war, ein Tauchboot, welches den anschließenden Test 1692 jedoch nicht überlebte und bei der ersten Tauchaktion zu Bruch ging. Dennoch hatte die Idee ein Unterwasserfahrzeug zu bauen inzwischen weltweit Tüftler motiviert, und führt 1772 dazu, dass im Steinhuder Meer das erste Tauchboot in Deutschland getestet wurde. Es war aus Holz und hatte die Form eines Fisches, weshalb es den Namen "Hecht" erhielt. Mit dem Boot wurde etwa 12 Minuten getaucht, während es von Segeln an der Wasseroberfläche angetrieben wurde. Der Amerikaner David Bushnell stellte1776 die "Turtle" ("Seeschildkröte") vor, eine Konstruktion aus Eisen und Eichenholz, die heute als erstes richtiges U-Boot gilt, da sie sich autark fortbewegen konnte. Ihr dienten als Antrieb zwei über Handkurbeln betriebene Schrauben, und sie wurde nicht wie alle Vorläufer durch ein Segel oder Ruderer an der Wasseroberfläche fortbewegt. 1799 beschrieb der Bergmeister Joseph von Baader eine Konstruktion für ein Zwei-Mann-U-Boot.

19. Jahrhundert

Der Amerikaner Robert Fulton entwarf 1801 das U-Boot "Nautilus". Es besaß einen Handkurbelantrieb für eine Schraube, neu hinzu kamen jedoch Ruder zur Seiten- und Tiefensteuerung sowie ein Druckluftsystem zur Versorgung der dreiköpfigen Besatzung mit Atemluft. Die "Nautilus" erregte sogar die Aufmerksamkeit Napoleons, galt aber schließlich für militärische Einsätze als zu langsam. 1850 ließ der bayerische Artillerie-Unteroffizier Wilhelm Bauer das erste von August Howaldt in Deutschland gebaute U-Boot zu Wasser, den so genannten "Brandtaucher". Da der Entwurf unter enormem Kostendruck gebaut wurde, verzichtete man sowohl auf Tauchzellen als auch auf verschiebbare Trimmgewichte. Der Tauchvorgang sollte durch das Fluten von Wasser in das Boot erfolgen. Beim ersten Tauchversuch am 1. Februar 1851 in der Kieler Innenförde verschob sich jedoch der Ballast nach achtern, wobei das geflutete Wasser ebenfalls ins Heck floss. Das Boot sackte daraufhin durch, und weiteres Wasser drang durch die Nähte der Außenhaut und das Einstiegsluk. Das Boot sank bis auf den Grund bei ca. 20 Metern Wassertiefe. Die dreiköpfige Besatzung, unter ihnen Wilhelm Bauer, wartete, bis der Innendruck so groß war wie der Außendruck, öffnete das Einstiegsluk und trieb an die Oberfläche, wo sie gerettet wurde. Der verunglückte "Brandtaucher" wurde erst im Jahr 1887 geborgen. Nach verschiedenen Museums-Stationen hat das älteste erhaltene Tauchboot der Welt nun seine Heimat im Militärhistorischen Museum der Bundeswehr in Dresden gefunden. Eine Kopie des Modells steht im Deutschen Museum für Technik in München. Deutschen Museum Mit dem ausgehenden 19. Jahrhundert beschleunigte sich die Weiterentwicklung von Tauchbooten auf Grund neuer technischer Errungenschaften zunehmend. So ließ am 2. Oktober 1864 Narcís Monturiol mit der Ictineo II das erste U-Boot mit einem maschinellen Antrieb zu Wasser. Das Boot bestand aus Holz - verstärkt durch Kupferzargen - und war außerdem komplett mit ca. 2 mm dicken Kupferplatten beschlagen. Es wurde durch einen Motor angetrieben, der Magnesiumperoxid, Zink und Kaliumchlorat verarbeitete. Um die Stabilität der Tauchboote zu erhöhen und um außerdem größere Tauchtiefen zu erzielen, ging man nun allgemein dazu über, den Rumpf der Tauchboote aus Metall zu bauen bzw. einen Holzrumpf durch Metallplatten zu verstärken. Während des amerikanischen Bürgerkrieges wurden 1864 mehrere handgetriebene U-Boote gebaut, u. a. die C.S.S. H. L. Hunley. Am 17. Februar 1864 versenkte diese das gegnerische Schiff U.S.S Housatonic und gilt somit als erstes U-Boot der Welt, das ein anderes Schiff zerstört hat. Bei dieser Aktion ging das U-Boot allerdings mitsamt seiner neunköpfigen Besatzung verloren. Erst am 4. Mai 1995 wurde die C.S.S. Hunley gefunden und geborgen. 1889 veranstaltete das amerikanische Marinedepartement einen Konstrukteurswettbewerb für U-Boote. Als Vorgaben wurden folgende Werte verlangt:
- Geschwindigkeit über Wasser: 15 Knoten
- Geschwindigkeit unter Wasser: 8 Knoten
- Tauchtiefe: ca. 45m (150 foot)
- ununterbrochene Betriebsdauer: 30 Stunden Als einziger Entwurf erfüllte das von dem Ingenieur John Philip Holland (1883 - 1924) gebaute Modell die gestellten Bedingungen, so dass es auch bald gebaut und erprobt werden konnte. In der Erprobung zeigte es jedoch noch zahlreiche Schwächen, so dass John P. Holland es ständig weiter verbesserte. Das siebente Modell erreichte dann endlich die Praxisreife. Nach seinem Konstrukteur wurde es Hollandboot genannt. Im Gegensatz zum ersten Modell, das noch mit reinem Dampfantrieb versehen war, besass es einen kombinierten Antrieb, für die Oberwasserfahrt Verbrennungsmotoren und unter Wasser Elektromotoren. Es war 15 Meter lang, der Maximaldurchmesser betrug 3 Meter. Die Höchstgeschwindigkeit über Wasser betrug 15 Knoten, unter Wasser 8 Knoten. Neben den USA war Frankreich um diese Zeit im U-Boot-Bau sehr erfolgreich. Der französische Ingenieur Gustave Zédé konstruierte 1888 das erste funktionstüchtige französische U-Boot "Gymnote". Es war 18 Metern lang, 1,80 Meter breit und wurde durch Elektromotoren angetrieben. Dies war dann auch der Schwachpunkt des U-Bootes, weil es so nur eine Geschwindigkeit von 2 Knoten erreichte. Nach dem Muster des "Gymnote" wurde dann ein zweites, grösseres und etwas schnelleres U-Boot gebaut, das nach dem ersten Konstrukteur "Gustave Zédé" genannt wurde. Aber auch hier war die durch die Elektromotoren erzielte Reichweite und Geschwindigkeit noch zu gering, so dass man beim nächsten U-Boot, dem "Narval", zu einem kombinierten Antrieb überging. Über Wasser wurde der "Narval" ganz konventionell mit Dampfkraft angetrieben und unter Wasser weiterhin mit Elektromotoren. Zur Erzielung grösserer Reichweiten trieb bei Überwasserfahrten die Dampfmaschine nicht nur die Schiffsschraube an, sondern auch einen Dynamo, der dann wiederum Akkumulatoren für die Unterwasserfahrt zumindest teilweise wieder auflud. Der Antrieb mittels Dampfkraft brachte es auch mit sich, dass der "Narval" einen kleinen Schornstein besass, der beim Tauchen umgeklappt und wasserdicht verschlossen wurde; ein kleines Kuriosum, das leider auch die Zeit zum Untertauchen sehr verlängerte. Die erzielte Reichweite betrug immerhin über Wasser schon etwa 200 Seemeilen, die Geschwindigkeit unter Wasser 6 Knoten. Der "Narval" benutzte auch als erstes U-Boot ein Periskop. 1901 wurde dann ein noch weiter verbessertes U-Boot, der "Morse", im Hafen von Cherbourg eingeweiht. Das U-Boot war 36 Meter lang, hatte einen Durchmesser von 2,70 Meter und eine Wasserverdrängung von 146 Bruttoregistertonnen. Zum Untertauchen benötigte es ca. 2 Minuten.

1900–1930 Erster Weltkrieg

Spätestens mit dem Einsatz der Hunley 1864 war das Interesse der Militärs geweckt. In den folgenden Jahrzehnten, insbesondere während der beiden Weltkriege, trieb daher vor allem das Militär die Entwicklung voran. Im Artikel U-Boot-Krieg finden sich dazu weitere interessante Informationen. U-Boot-Krieg U-Boot-Krieg Im Jahre 1902 wurde schließlich in Deutschland der Prototyp eines 200-Tonnen schweren Experimental-U-Boots namens Forelle gebaut und ausführlich getestet. Das kleine U-Boot stellte sich als durchaus interessant und kriegstauglich heraus, und drei weitere Boote der gleichen Klasse wurden für den Export nach Russland angefertigt. Nun wurde in Deutschland über den Einsatz militärischer U-Boote nachgedacht, und schließlich erteilte nach langem Zögern am 4. April 1904 das Reichsmarineamt dem Marineingenieur Gustav Berling den Auftrag, ein U-Boot für den Seekrieg zu entwerfen und zu bauen. Berling wandte sich daraufhin an die Germaniawerft in Kiel. Sein Entwurf lehnte sich an die drei zuvor nach Russland exportierten U-Boote an. Da es allerdings einige bedeutsame Änderungen gab, verzögerte sich die Auslieferung des U-Boots, und so wurde erst im April 1905 mit dem Bau begonnen. Die wesentlichen Neuerungen betrafen hauptsächlich den Druckkörper, die horizontale Anordnung der Torpedorohre sowie den Antrieb, da man anstatt eines gefährlichen Benzinmotors einen Petroleumantrieb einsetzen wollte, der aber noch nicht fertig war. Schließlich wurde am 14. Dezember 1906 nach mehreren Testfahrten das erste deutsche Militär-U-Boot von der Kaiserlichen Deutschen Marine als U1 in Dienst gestellt. Heute befindet sich U 1 im Deutschen Museum in München. Mit Beginn des Ersten Weltkriegs (1914-1918) wurden U-Boote erstmals in größerem Umfang zu Handels- (Handels-U-Boot) oder Kriegszwecken eingesetzt, und zwar vor allem bei der Kaiserlichen Deutschen Marine, aber auch bei der britischen. Zahlreiche Schiffe wurden durch U-Boot-Angriffe versenkt. Das erste per Torpedo-Schuss versenkte Schiff war die HMS Pathfinder, die durch das deutsche U-Boot U 21 abgeschossen wurde. Besonders spektakulär war die Versenkung des zum Munitionstransporter umgebauten britischen Passagierdampfers Lusitania am 7. Mai 1915 durch U 20 unter Kommando von Kapitänleutnant Walther Schwieger. Die zahlreichen amerikanischen Opfer gelten als ein Grund für den Kriegseintritt der USA 1917. Nach Ende des Ersten Weltkrieges verlangsamte sich die Entwicklung militärischer U-Boote, die als zu teuer und zu wirkungsschwach galten. Doch neue Technik ermöglichte schließlich längere Tauchfahrten, und 1930 lebte die Entwicklung wieder auf.

1930–1945 Zweiter Weltkrieg

1917 - der häufigste Typ im 2. Weltkrieg]] Erst im Zweiten Weltkrieg (1939-1945) konnten sich die U-Boote als überzeugende und wirksame Waffe beweisen (näheres dazu im Artikel U-Boot-Krieg).
Obwohl mehrere der kriegführenden Nationen über U-Boote verfügten, wurde der 2. Weltkrieg nicht unwesentlich durch die Geschichte der deutschen U-Boote geprägt. Das lag hauptsächlich daran, dass die deutsche Überwasseraufrüstung (dazu gehörten auch Uboote) nach Ende des 1. Weltkrieges durch den Versailler Vertrag Einschränkungen unterworfen war. Bereits Anfang der 1930er Jahre wurden allerdings U-Boote nach deutschen Plänen z. B. in Spanien und anderen Ländern gebaut und wurden dann, in den meisten Fällen, zunächst offiziell diesen Nationen übergeben. Tatsächlich wurden dort die U-Boote zur Ausbildung deutscher Mannschaften oder zur Erprobung durch deutsche U-Boot-Kommandanten genutzt. Als ab 1935 der Versailler Vertrag seitens Deutschland unerlaubterweise faktisch aufgekündigt wurde, wurden auch etwas ungenierter größere Schiffe (Schlachtschiffe) mit besserer Bewaffnung gebaut, oder es wurde die Bewaffnung der in Dienst befindlichen Schiffe, durch Veränderung der Geschützlängen oder Kaliber, verstärkt.
Die U-Boot-Waffe musste hier, ähnlich wie die Luftwaffe, die wiederum in Russland mit russischen Einheiten geheime Erprobungsmissionen/Testflüge durchführte, im Verborgenen operieren und aufrüsten, da U-Boote, laut diesem Vertrag, eigentlich gar nicht hätten in Dienst gestellt werden dürfen. Zu Kriegsbeginn 1939 sahen sich die Deutschen, trotz forcierter Aufrüstung ab 1935, im Besitz einer relativ kleinen Flotte, verglichen mit z.B. den englischen oder amerikanischen Seestreitkräften. Die U-Boot-Führung sah ihre Aufgabe anfangs darin, mit den vergleichsweise kostengünstig herzustellenden U-Booten maximale Versenkungserfolge zu erzielen, während hingegen die Seekriegsleitung die U-Boote zunächst nicht als kriegsentscheidende Waffengattung ansah, sondern als Waffe, die die schweren Übersee-Einheiten unterstützen könnte. Zur Verfolgung von Überwasserstreitkräften fehlte den U-Booten wie schon im Ersten Weltkrieg die nötige Geschwindigkeit. Insbesondere unter Wasser war diese zusätzlich stark herabgesetzt, da hier einerseits mit batteriegespeistem Elektroantrieb operiert wurde und andererseits die damaligen U-Boote noch nicht hydrodynamischen Gesichtspunkten nach zur optimalen Tauchfahrt konstruiert wurden. Langsam fahrende Konvois konnten zwar (aufgetaucht - unter Nutzung des Dieselantriebs) überholt werden, um so eine optimalen Schussposition einzunehmen, doch diese Manöver dauerten manchmal Tage. Nach den anfänglichen Erfolgen der deutschen U-Boote spürte die britische Wirtschaft bald die Auswirkungen der vielen tausend Tonnen versenkten Schiffsraumes und es wurden umfangreiche Gegenmaßnahmen, zum einen taktischer/logistischer Art als auch rein technischer eingeleitet. Tauchfahrt (Schleswig-Holstein)]] Dies führt dazu, daß fortan Handelsschiffe nur noch bei technischen Problemen oder Unterschreiten einer Mindestgeschwindigkeit alleine fahren durften, ansonsten mussten sie sich zu von Kriegsschiffen eskortierten Konvois mit später sogar über 100 Schiffen zusammenschließen. Weiterhin wurden zu den (anfangs wenigen) vorhandenen Sicherungskräften (vor allem Zerstörer und Korvetten), im späteren Kriegsverlauf (vor allem nach dem offiziellen Kriegseintritt der USA) so genannte Eskort-Gruppen (Escort Groups) zum Schutz der Konvois gebildet. Darüber hinaus wurden Flugzeugträger und andere schwere Überwassereinheiten (z.B. Kreuzer) solchen Gruppen zugeteilt, die dann teilweise auch als "Hunter-Killer Group" freie Jagd auf einzelne U-Boote machten, oder die Aufgabe hatten, ganze Rudel von einem Konvoi abzudrängen. Durch den Lend-Lease-Act und umfangreiche Neubauprogramme (industrielle Großfertigung einfacher Frachter, und Hilfskreuzer) der Amerikaner gelang es den Briten, nach den ersten sehr verlustreichen Jahren, verlorenen Schiffsraum zumindest teilweise zu ersetzen, was im späteren Verlauf dazu führte, dass wesentlich mehr Kriegsschiffe/Handelsschiffe zur Verfügung standen als zu Beginn des Krieges. Außerdem wurde versucht, jedes beschädigte Schiff - solange es denn schwimmfähig blieb - einzuschleppen und wiederzuverwerten. Um die Sicherheit der Konvois zu erhöhen wurde schließlich auch der gesamte Nordatlantik bis auf wenige Korridore durch Flugzeuge überwacht, und es wurden umfangreiche Forschungen in den Bereichen Funkortung (Radar) und Sonar betrieben, was zur Entwicklung einer Vielzahl fortschrittlicher Über- und Unterwasserortungsgeräte führte. Unter anderem kam ein Huff Duff (HFDF - High Frequency Direction Finding) genanntes System zur Einpeilung von U-Booten durch deren Funkverkehr mittels Kreuzpeilung sowie eines namens A.S.D.I.C. zur Unterwasserortung zum Einsatz. Letzteres war wegen seiner Effektivität und der psychischen Wirkung (auf Grund der zermürbenden Geräuschkulisse unter Wasser) auf die U-Boot-Besatzungen berühmt-berüchtigt. Auch die Wasserbombe, die Hauptwaffe gegen getauchte U-Boote, wurde massiv weiterentwickelt, und führte zur zur Entwicklung des so genannte Hedgehog, der ganze Salven kleinerer Wasserbomben so abfeuern konnte, dass sie ein relativ großes dreidimensionales Areal in einer vorbestimmten Tiefe bestreichen konnten. Auch auf dem Bereich der kryptografischen Methoden wurde gearbeitet und man versuchte mit allen Mitteln in den Funkcode, den die U-Boote bei der (Funk-)Kommunikation mit dem Oberbefehlshaber der U-Boote verwendeten, einzubrechen. Die deutsche Kriegsmarine benutzte zur Ver- und Entschlüsselung, die so genannte Enigma, von der die Briten 1941 ein Exemplar erbeuten konnten. Von da ab war es dem "Submarine Tracking Room" in Bletchley Park möglich innerhalb kürzester Zeit deutsche U-Boot-Positionsmeldungen sowie Konvoi-Sichtmeldungen zu entschlüsseln, die Konvois um die U-Boot-Rudel herumzulenken, und sogar gezielt Jagd auf die U-Boote zu machen (z.B. auf "Milchkühe" -> Versorgungs-U-Boote, siehe unten). Durch die zunehmenden Erfolge der alliierten Maßnahmen und die steigenden Verluste auf deutscher Seite, verschob sich das Gleichgewicht, denn gerade die technisch veralteten VII-Boote hatten dem technischen Fortschritt der Alliierten, vor allem in Sachen Geschwindigkeit immer weniger entgegen zu setzen. Die U-Boot-Kommandanten sahen sich immer mehr in die Defensive gedrängt, Alarm-Tauchfahrten auf dem Weg zum Operationsgebiet waren an der Tagesordnung, und aufgrund der massiven Luftüberwachung wurden die U-Boote (die noch immer keine reinen Unterseeboote waren) zunehmend unter Wasser gedrückt - sie verloren somit die Offensive. Der Bau neuer Typen, gerade die Klassen XXI und XXIII - die teilweise selbst die sehr großen und mit relativem Komfort ausgestatteten amerikanischen U-Boote bzgl. Geschwindigkeit (vor allem getaucht) und Tauchzeit fast in den Schatten stellten - wurde jedoch durch gezielte Bombardierung der Werften (vor allem durch die Amerikaner) immer wieder verzögert, und konnte den Krieg zur See nicht mehr beeinflussen.

Veränderungen im U-Boot-Krieg

Aus dieser Zeit stammen teilweise kurios anmutende technische Notlösungen gegen immer stärker werdende alliierte Gegenmaßnahmen bzw. Erfassungsgeräte. Andere Lösungen galten aber durchaus als Umsetzung/Verfeinerung theoretischer Überlegungen seitens des Militärs (z.B. die von Dönitz schon in den Dreißigerjahren umrissene "Rudeltaktik"), oder als technische Weiterentwicklung, die ihrer Zeit (zu) weit voraus waren wie z.B.:
- Rudelangriff: mehrere U-Boote griffen einen Konvoi an (zumindest in den ersten Jahren) - Überwasser-Angriff bei Nacht und führten sich gegenseitig per Sichtmeldung wieder an den Feind.
- Torpedos: seit jeher Hauptwaffe der U-Boote und unterlag er ständigen Weiterentwicklungen, bis hin zur Entwicklung akustischer Torpedos wie den sogenannten "Zaunkönigen".
- Radarabsorbierende Beschichtungen: dies führte z.B. ab 1944 zur Ummantelung des Periskops mit Buna.
- "Flak-Fallen": hier handelte es sich um eine erweiterte Flak-Bewaffnung die deutlich mehr (und teilweise getarnte) Fla-Waffen als Standardboote aufwiesen. Diese U-Boote sollten bei Sichtung eines Flugzeuges - im Gegensatz zur üblichen Taktik - keinesfalls tauchen, sondern das Flugzeug durch Beschuss stark beschädigen oder vernichten.
- Walter-U-Boot: hier handelte es sich um ein U-Boot, das auf Wasserstoffperoxidbasis arbeitete, und dadurch weit höhere Unterwassergeschwindigkeiten aufwies und viel länger getaucht bleiben konnte.
- "Milchkühe": so wurden die Versorgungs-U-Boote genannt, die die Kampfboote auf See mit Treibstoff, Torpedos und Vorräten versorgten, um dadurch die Einsatzdauer der Kampfboote zu erhöhen, da der Anmarsch in die Einsatzräume und die Rückreise entfielen, und die Operationsgebiete bis nach Süd- und Mittelamerika, Afrika und sogar in den indischen Ozean ausgedehnt werden. Deswegen wurden diese Versorger bald zum bevorzugten Ziel der Alliierten.
- Kleinst-U-Boote kamen einem von Menschenhand (teilweise war nur ein Mann nötig) gesteuerten Torpedo gleich und wurden hauptsächlich gegen wertvolle militärische Ziele in Küstennähe eingesetzt.
- Bolde : diese aus dem Torpedorohr ausstoßbaren Täuschkörper konnten mittels chemischer Reaktion unter intensiver Gasbildung ein Sonargerät mit Phantomechos stören. Es wurden auch zuweilen Uniformteile, Maschinenöl und andere Gegenstände ausgestoßen, um eine Versenkung vorzutäuschen.
- Biscaya-Kreuz: diese Vorrichtung diente zur Detektierung feindlicher Radarwellen.
- U-Boot-Schnorchel: die Einführung des "Schnorchels", erlaubte den bedingten Einsatz der Dieselmotoren unter Wasser, indem es diese während der Unterwasserfahrt über einen umklappbaren Mast mit aufgesetztem Schwimmerventil mit Luft versorgte. Diese Lösung war aber bei stärkerem Wellengang für die Besatzung unangenehm, weil der Antriebsaggregat bei geschlossenem Ventil die benötigte Luft aus dem Innenraum sog und somit Druckschwankungen verursachte, die den Besatzungen oftmals große Schmerzen bereitete, da Trommelfellverletzungen oder Gefäßschäden im Auge häufig die Folge waren. Die Entwicklung einiger dieser Technik zog sich teilweise bis zum Kriegsende hin, insbesondere das Walter-U-Boot kam niemals über ein Prototypenstadium hinaus.

Nach 1945

Radar] Obwohl sich der U-Boot-Krieg als sehr verlustreich herausgestellt hatte, gewann der strategische Wert der U-Boot-Waffe mehr und mehr an Bedeutung im Kalten Krieg. Ziel der U-Boot-Entwicklung war es nun, die Schwächen der Modelle des Zweiten Weltkriegs zu vermeiden. Dies zielte besonders auf extrem lange - und auch schnelle - Unterwasserfahrten sowie große Tauchtiefen ab. Die Entwicklung gipfelte in der Konstruktion von Atom-U-Booten, die die geforderten langen Tauchzeiten erfüllen. Die USA waren bei dieser Entwicklung führend, und am 21. Januar 1954 lief das erste atomgetriebene U-Boot, die USS Nautilus vom Stapel. Am 3. August 1958 passierte sie als wahrscheinlich erstes Wasserfahrzeug bei einer Tauchfahrt unter der Arktis den geographischen Nordpol. Am 23. Januar 1960 erreichte das Forschungs-U-Boot Trieste mit 10.916 Metern Tiefe einen der tiefsten Punkte des Meeres. Im Kalten Krieg entwickelten sich die U-Boote stark weiter. So wurden so genannte Boomer entwickelt, Raketen-U-Boote, deren Aufgabe es war, als Teil der nuklearen Abschreckung mit bis zu 24 Atomraketen völlig autark zu patrouillieren.
Währenddessen entwickelten sich die Angriffs-U-Boote eher in Richtung Spionageboote. Sie lauschten vor der Küste des jeweiligen Feindes auf den Hafen verlassende Boomer, um diese auf ihrer Patrouille zu beschatten. Von diesem für den Kalten Krieg so typischen Katz- und Mausspiel bekam die breite Öffentlichkeit wenig mit, U-Boot-Operationen waren als Streng Geheim eingestuft. Von den zahlreichen Unfällen und Zusammenstößen gelangten jedoch einige an die Öffentlichkeit und sind heute gut dokumentiert. So kam es beispielsweise am 9. April 1963 zu einem Unfall im Atlantik. Die USS Thresher zerbrach bei einem Tieftauchversuch in sechs Teile. Man geht heute davon aus, dass eine Hochdruckleitung platzte und so die Ballasttanks nicht mehr rechtzeitig ausgeblasen werden konnten. Am 8. März 1968 ereignete sich an Bord des sowjetischen U-Boots K-129 eine Explosion, worauf das U-Boot sank. 98 Besatzungsmitglieder fanden dabei den Tod. Dies war gleichzeitig der Auftakt zum Jennifer-Projekt, dem geheimen Versuch der CIA, ein sowjetisches U-Boot aus über 5.000 Metern Tiefe zu bergen. Im Mai 1968 verschwand die atomgetriebene USS Scorpion bei einer Fahrt von Gibraltar nach Norfolk nahe der Azoren. Bis heute gibt es verschiedene Spekulationen über das Verschwinden, ausgehend von einer Kollision bis hin zu einem unkontrolliert losgelaufenen Torpedo. Die Aufzeichnungen des Kurses zeigen, dass letztere Möglichkeit der Wahrheit vermutlich am nächsten kommt. Am 6. Oktober 1986 sank das sowjetische U-Boot K-219 mitten im Golfstrom, wobei eine Kernschmelze nur knapp vermieden werden konnte. Am 2. Mai 1982 wurde der argentinische Kreuzer Belgrano im Falklandkrieg durch einen Torpedo des britischen U-Boots HMS Conqueror versenkt. Am 12. August 2000 sank das russische U-Boot Kursk (K-141) infolge mehrerer Explosionen eigener Torpedos mit seiner gesamten, 118 Mann starken Besatzung. Im März 2004 wurde das deutsche U-Boot U 31 an die Deutsche Marine übergeben. U 31 verfügt als erstes U-Boot über einen Hybridantrieb aus Elektro- und Brennstoffzellen-Antrieb und ermöglicht so monatelange Tauchfahrten mit einem deutlich reduzierten Sicherheitsrisiko gegenüber atomgetriebenen U-Booten. Die U-Boote der Klasse 212 gelten zur Zeit als die modernsten konventionellen der Welt. Die größten jemals gebauten U-Boote sind diejenigen des Projektes 941 Typhoon, die in einer modifizieten, fiktiven Version im Tom-Clancy-Roman "Jagd auf Roter Oktober" bzw. dem gleichnamigen Spielfilm ein Rolle spielen.

Technik

U-Boote unterscheiden sich durch einige Besonderheiten von gewöhnlichen Schiffen: Sie schwimmen nicht nur, sondern schweben (Tauchfahrt). Hierbei entspricht ihre gesamte Masse dem des verdrängten Wassers (Verdrängungsmasse; siehe auch Archimedisches Prinzip). Dieser Zustand wird allerdings nur annähernd erreicht. Einerseits wirken sich selbst kleinste Ungenauigkeiten aus, andererseits verändert sich die Dichte des umgebenden Wassers laufend durch Wasseraustausch. Diese Effekte sind jedoch sehr gering, und so kann das U-Boot durch dynamischen Auftrieb mit Hilfe der waagerechten Tiefenruder seine Tiefe beibehalten. Dies funktioniert allerdings nur bei Fahrt.

Schiffsrumpf

Die ersten Unterwasserfahrzeuge aus dem 15. bis 18. Jahrhundert waren nahezu ausnahmslos aus Holz und wurden - wenn überhaupt - nur durch Eisenzargen oder Nägel zusammengehalten. Oftmals wurde einfach auf ein Holzboot ein zweites kielaufwärts montiert. In der Regel wurden die Holzspanten durch Pech versiegelt und das Boot zur Abdichtung mit einer Haut aus Leder überzogen. Bei diesen "U-Booten" handelte es sich meist um so genannte "Einhüllenboote", bei denen die Tauchzellen innerhalb des Druckkörpers angebracht waren. Da die Zellen mit dem Außenwasser in Verbindung standen, mussten auch sie druckfest gebaut werden bzw. entsprechende Pumpen vorhanden sein. Die Bauweise des Rumpfes änderte sich erst, als die U-Boote Mitte des 19. Jahrhunderts selbständig angetrieben und gesteuert wurden und auf ein Begleitschiff verzichten konnten. Nun wurden die Hüllenkonstruktionen vermehrt durch Metall verstärkt, und Anfang des 20. Jahrhunderts wurden die ersten U-Boote mit komplettem Eisenrumpf gebaut. Aber auch ein Eisenboot sollte gut über Wasser fahren können. Und so wurden um den zylindrischen Druckkörper die - zunächst bootsähnlichen - Tauchzellen herumgelegt: Das "Zweihüllenboot" entstand. Diese zweite Hülle musste nicht besonders stark sein, da sie bei Tauchfahrt innen wie außen unter gleichem Druck stand. Gewichtsveränderungen durch Treibstoffverbrauch glich man aus, indem man die Ölbehälter einfach unten offen und damit Seewasser nachkommen ließ. Die technische Entwicklung ab dem Zweiten Weltkrieg rückte die Überwasserfahrt in den Hintergrund. Das Zweihüllenboot erhielt zunächst eine hydrodynamisch saubere, geglättete Form, und amerikanische Entwicklungen rund um das Versuchs-U-Boot Albacore führten schließlich zur heute vorherrschenden Tropfenform. Albacore Die Druckkörper moderner militärischer U-Boote halten normalerweise einem Wasserdruck von 600 Meter stand (zum Beispiel die Los Angeles-Klasse, siehe Bild). In Anbetracht der Tiefe der Ozeane bedeutet dies eigentlich ein Operationsgebiet knapp unter der Wasseroberfläche, auch wenn einige sowjetische Atom-U-Boote Druckkörper aus Titan besitzen und damit ca. 900 Meter tief tauchen können. U-Schiffe des Typs Alfa kommen angeblich sogar unter 1.200 Meter. Spezielle zivile Tiefsee-U-Boote sowie Bathyscaphen sind in der Lage, jeden Punkt des Meeresbodens zu erreichen. Bei modernen Booten werden die Einbauten, etwa Mannschaftsunterkünfte, Kommandozentrale, Antrieb usw. zunehmend akustisch entkoppelt, d. h., mit passiver und aktiver Dämpfung und Zwischenträgern am Rumpf angebracht. Mehrere konventionelle Propeller wurden durch einen einzigen vielflügeligen Propeller mit sieben (gelegentlich auch sechs) sichelförmigen Flügeln bzw. eine Propeller-Düse ersetzt. Ziel ist, das Boot so leise wie möglich zu machen; ein lautloses Boot wäre quasi unsichtbar (vergl. Stealth). Berichte über magnethydrodynamische Antriebe ("Raupenantrieb" bzw. MHA-ähnliche Technik) dürften allerdings eher der Belletristik zuzuordnen sein.

Steuerung

magnethydrodynamische Antriebe magnethydrodynamische Antriebe U-Boote müssen in drei Dimensionen manövrieren können.
- Tauch- und Regelzellen: Tanks, die zur Gewichtserhöhung beim Tauchen mit Wasser und zum Auftauchen mit Luft gefüllt werden. Die Tauchzellen übernehmen dabei die Hauptlast, die verschiedenen Regelzellen dienen zur genaueren Abstimmung und Trimmung im getauchten Zustand. Das Füllen der Auftriebszellen mit Luft wird anblasen (oder ausblasen) genannt.
- Untertriebszellen: Aufgabe dieser besonderen Tauchzellen ist es, das Gewicht des U-Bootes so schnell wie möglich zu vergrößern, um schnellere Alarmtauchzeiten zu erreichen. Diese betrugen bei Kampfbooten im Zweiten Weltkrieg teilweise weniger als 30 Sekunden. Da die Untertriebszellen keinem großen Wasserdruck ausgesetzt werden konnten, mussten sie, nachdem das Boot unter der Wasseroberfläche verschwand, wieder angeblasen werden. In modernen Atom-U-Booten findet diese Technologie keine Verwendung mehr, da sie in der Regel nur einmal während ihres Einsatzes tauchen müssen und erst nach Monaten wieder auftauchen. Sie benötigen daher zum Tauchen teilweise mehrere Minuten.
- Tiefenruder: Sie übernehmen die Feinabstimmung im getauchten Zustand. Die Anordnung der vorderen Tiefenruder variiert bei modernen U-Booten sehr stark. Am Turm angebrachte Tiefenruder sind nicht in der Lage, den Tauchvorgang zu unterstützen, und erschweren das Auftauchen in vereistem Wasser. Kleine U-Boote haben manchmal eine dynamische Tiefensteuerung, d.h. sie steuern nur mit Tiefenrudern. Diese Technik wird vor allem bei unbemannten U-Booten und im Modellbau verwendet.

Antrieb

Tiefenruder Gewöhnliche Schiffsaggregate (Dieselmotoren, Gasturbinen) sind Verbrennungsmotoren und benötigen Luftsauerstoff für den Verbrennungsvorgang. Da im getauchten Zustand keine Luft zur Verfügung steht, kommen prinzipiell luftunabhängige Antriebe zur Anwendung. Die meisten U-Boote haben dennoch einen Verbrennungsmotor an Bord, der bei Überwasserfahrt den Generator zum Aufladen des Akkumulators für den elektrischen Antrieb antreibt.
- Handantrieb: Die ersten U-Boote wurden von Hand mit Fußkurbel, Tretrad oder Handkurbel angetrieben. Zu nennen wären hier etwa der Brandtaucher, Bushnells Turtle, Fultons Nautilus und die Hunley der Südstaaten im amerikanischen Bürgerkrieg.
- Dampfantrieb: Experimente mit einem auf Chemikalien basierenden bzw. nur für den Überwasserantrieb gedachten Dampfantrieb beim sog. Flotten-U-Boot auf Kolbenmotor bzw. Turbinenbasis wurden als Irrweg bald aufgegeben. Dieser Antrieb findet sich allerdings in abgewandelter Form bis heute beim Torpedo.
- Petroleumantrieb: Erster Versuch, das U-Boot anders als durch Handantrieb zu betreiben. Im Ersten Weltkrieg fuhren einige U-Boote mit Petroleummotoren. Auch dieser Antrieb wurde bei Torpedos verwendet.
- Elektrischer Antrieb: Kleine U-Boote, beispielsweise Forschungs-U-Boote und Tauchertransportmittel, Unterwasser-Roboter und Torpedos werden mit Elektromotoren angetrieben, die elektrische Energie dafür wird von Akkumulatorenbatterien geliefert.
Bei größeren U-Booten der Marine werden die Akkumulatoren während der Überwasserfahrt von Dieselmotor-getriebenen Generatoren aufgeladen. Bei geringer Akku-Ladung erfolgt auch ein direkter Antrieb mit der vom Generator gelieferten Energie. Mit dem Schnorchel kann das U-Boot den Dieselmotor auch unter Wasser benutzen. Die Kopplung von Dieselmotor mit Generator, Akkumulator und Elektroantrieb ist bei kleinen und mittleren Booten der am meisten verwendete Antrieb.
- Walter-Antrieb/hochkonzentriertes Wasserstoffperoxid: Während des Zweiten Weltkriegs gab es auf deutscher Seite Versuche mit einem außenluftunabhängigen Turbinenantrieb auf der Basis von hochkonzentriertem Wasserstoffperoxid als Sauerstofflieferant. Es handelte sich um die sog. Walter-U-Boote, benannt nach ihrem Konstrukteur Hellmuth Walter. Als Vorteile waren längere Tauchzeiten und wesentlich größere Unterwassergeschwindigkeit zu nennen. Der Antrieb wurde nicht in die Serienproduktion übernommen; wesentliche Ergebnisse der Bootsentwicklung, etwa die glatte Rumpfform, kamen allerdings noch im Krieg zum Einsatz und beeinflussten merklich sämtliche Nachkriegsentwicklungen. Nach dem Zweiten Weltkrieg setzte Großbritannien die Forschung am Walter-Antrieb fort, auf Grund der Gefährlichkeit der verwendeten Chemikalien und des hohen Treibstoffverbrauchs wurde dieser extrem leistungsfähige Antrieb jedoch bald aufgegeben. Ein Fehler im Wasserstoffperoxid-Antrieb eines Torpedos soll zum Untergang des russischen U-Bootes Kursk geführt haben.
- Kreislauf-Diesel-Antrieb: Der Dieselmotor (bzw. ein anderer Verbrennungsmotor) wird mit einen Sauerstofflieferanten (etwa Flüssig-Sauerstoff / LOX oder Wasserstoffperoxid) unter Wasser betrieben. Die Verbrennungsgase werden gewaschen und der fehlende Sauerstoff vor der erneuten Verbrennung wieder zugesetzt. Eine Entwicklung, die während des Zweiten Weltkrieges begann und später im unten aufgeführten Stirling-Motor einen vorläufigen Höhepunkt fand.
- Nuklearantrieb: Hier werden als Hauptantriebsmaschinen Dampfturbinen eingesetzt. Der Dampf wird wiederum von einem Atomreaktor erzeugt. Für Manöverfahrten kann oft auch ein elektrisch betriebener Hilfsantrieb auf die Schraubenwelle gekoppelt werden. Hilfsdampfturbinen erzeugen über Generatoren Strom, die wiederum der Versorgung der elektrotechnischen Einrichtungen dient. Da durch Elektrolyse auch Sauerstoff aus dem Meerwasser gewonnen werden kann, können U-Boote mit Nuklearantrieb monatelang unter Wasser bleiben.
- Stirling-Motor: In einigen U-Booten der schwedischen Marine kommen außenluftunabhängige, ihr Abgas gegen den Seedruck nach außen ausstoßende Stirlingmotoren zum Einsatz, die durch besondere Laufruhe die Geräuschtarnung verbessern.
- MESMA-Antrieb: Eine französische Entwicklung stellt dieser Kreislaufdampfturbinenantrieb dar. Der eigentliche Dampfkreislauf ist vom Ethanol-Verbrennungskreislauf analog der großen Kessel-Turbinen-Schiffsantriebe getrennt. Flüssigsauerstoff (LOX) ersetzt das frühere Wasserstoffperoxid der Walter-Antriebe, die Turbine wirkt nicht mehr direkt auf die Schraubenwelle, ein Generator sorgt für die akustische Entkoppelung.
- Brennstoffzellen: Die Entwicklung dieser Technologie begann bereits gegen Ende des Zweiten Weltkrieges. Das Interesse, Brennstoffzellen für U-Boote zu benutzen, ist also wesentlich älter als das der Automobilindustrie. Heute stellt diese Antriebsform wohl die fortschrittlichste dar. Sowohl die Unabhängigkeit vom Luftsauerstoff als auch ein Minimum an beweglichen Teilen, die Geräusche verursachen und die geringe Betriebstemperatur entsprechen den Anforderungen an moderne militärische U-Boote. Derzeit ist mit U 31 ein von NSWE und HDW entwickeltes und gebautes U-Boot mit Brennstoffzellenantrieb im aktiven Dienst. U 31 ist ein U-Boot vom Typ U 212a.

Militärische U-Boote

Typ U 212a Typ U 212a Viele Staaten besitzen militärische U-Boote, genaue Daten über die Zahlen sind jedoch oft geheim. Die Stärke von U-Booten gegenüber Überwasserschiffen liegt darin, dass sie versteckt operieren und nur schwer entdeckt werden können. Da U-Boote nicht optisch erfassbar sind, weil das Meer in größeren Tiefen dunkel ist und Radar unter Wasser nicht funktioniert, können sie auf größere Entfernungen nur akustisch oder mit Hilfe eines Sonars lokalisiert werden, auf kurze Entfernungen auch durch die Erwärmung des Wassers durch den Antrieb oder eine Verzerrung des Magnetfeldes durch die Stahlhülle. Deshalb wird bei der Konstruktion besonders darauf geachtet, dass ein U-Boot so leise wie möglich ist. Dies wird durch einen stromlinienförmigen Bootskörper und speziell geformte Schiffsschrauben ermöglicht.

Aufgaben und Arten von U-Booten

Die ursprüngliche Aufgabe von U-Booten war es, Überwasserschiffe zu bekämpfen. In dieser Rolle erlangten die U-Boote in beiden Weltkriegen ihre Bedeutung. Mit Beginn des Nuklearzeitalters kamen zwei weitere Hauptaufgaben hinzu: Strategische U-Boote wurden mit nuklearen Raketen ausgerüstet und dienten der nuklearen Abschreckung. Sie bildeten einen Teil der so genannten Erstschlagkapazität, konnten aber auch zur Zweitschlagkapazität gerechnet werden, die einen gegnerischen Angriff auf das eigene Land überleben und für einen Gegenschlag bereitstehen sollten. Gleichzeitig wurden zur Jagd auf gegnerische strategische U-Boote spezielle Jagd-U-Boote entwickelt. Für beide Aufgaben verwendete man in erster Linie, aber nicht ausschließlich, atomgetriebene U-Boote. In jüngster Zeit wurden Jagd-U-Boote mit nicht-nuklearem, außenluftunabhängigem Antrieb entwickelt. Bei der deutschen Marine und einigen Verbündeten werden derzeit Boote mit dem in Deutschland entwickelten Brennstoffzellen-Antrieb beschafft. In der Deutschen Marine sind es die U-Boote der Klasse 212, die nach und nach in Dienst gestellt werden. Neben diesen klassischen Aufgaben hat die Aufklärung mit U-Booten an Bedeutung gewonnen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, ungesehen zu operieren und mit akustischen Sensoren sehr weit zu horchen, können U-Boote gerade in Szenarien unterhalb der Schwelle offener Konflikte wichtige Erkenntnisse sammeln. Eine weitere Sonderaufgabe ist der Einsatz von Kampfschwimmern vom U-Boot aus. Beide Aufgaben können von herkömmlichen oder speziellen U-Booten wahrgenommen werden. Man kann unterschiedliche Typen von militärischen oder zivilen U-Booten unterscheiden, je nachdem welcher Zweck und welcher Auftrag dem jeweiligen U-Boot zukommt. Da U-Boote heute jedoch überwiegend militärisch eingesetzt werden, überwiegt in der nachfolgenden Liste der Anteil der diversen militärisch genutzten U-Boot-Typen:
- Atom-U-Boote können lange Strecken zurücklegen und sind oft sehr groß (bis zu 35.000 Tonnen Verdrängung).
- Strategische Raketen-U-Boote (SSBN) dienten der nuklearen Abschreckung (Siehe Ohio-Klasse und Vanguard-Klasse). Erste U-Boote dieser Art entstanden durch Umbauten von Angriffs-U-Booten (vgl. U.S.S. Washington-Klasse). Die ersten Planungen gingen noch auf die deutschen A4-Raketen bzw. dem vorbereitetem Einsatz von amerikanischen V1-Nachbauten gegen Japan zurück. Im Zuge der Abrüstung gab es Überlegungen, einige Boote für konventionelle Lenkflugkörper bzw. dem Transport von Spezialkräften zu nutzen.
- Angriffs-U-Boote / Jagd-U-Boote (auch taktische U-Boote) sind gewöhnlich mit Torpedos bewaffnet, um andere Schiffe oder U-Boote anzugreifen. Daneben können sie auch mit Marschflugkörpern für den Angriff auf Landziele oder lohnende Seeziele (wie Trägerkampfgruppen (CVBG)) bestückt sein. Sie existieren mit einer Vielzahl von Antriebsformen. Atomar getriebene Jagd-U-Boote dienen der Bekämpfung gegnerischer U-Boote. Jagd-U-Boote stellen die wirkungsvollste Waffe gegen U-Boote mit ballistischen Raketen dar, da diese oft getaucht unter dem Eis operieren. Außerdem ist die Sensorenreichweite getauchter U-Boote weit größer als die von Überwasserschiffen oder Flugzeugen. Jagd-U-Boote zeichnen sich vor allem durch ihre hohe Geschwindigkeit aus. So gehören die russischen Alfa-Klasse-U-Boote wohl zu den schnellsten existierenden U-Booten.
- Versorgungs-U-Boote bzw. U-Boot-Tanker (Zweiter Weltkrieg): Aufgabe dieser Boote war es im Zweiten Weltkrieg, andere U-Boote auf See mit Nachschub zu versorgen (Milchkühe). Diese großen, aber auch schwerfälligen Boote waren ein leichtes Ziel und wurden, soweit noch intakt, bald anders eingesetzt. Die U-Boote waren vom Typ XIV und mit nur leichter Flak (2 bis 3,7 cm) bewaffnet. Sie hatten eine Verdrängung von bis zu 2300 t bei einer Länge von 67 Metern. Zusätzlich zu den 432 t Dieselöl die für die Betankung anderer U-Boote bereit standen, wurden noch 4 Torpedos in druckfesten Behältern an Oberdeck mitgeführt. Die insgesamt 3200 PS starken Motoren verliehen den U-Booten eine Überwasser-Geschwindigkeit von 14,9 kn. Es gab 10 U-Boote dieses Typs.
- Minenleger: Im Zweiten Weltkrieg kamen spezialisierte U-Boote als Minenleger (Schachtminen) zum Einsatz. Heute wird diese Funktion über die Torpedorohre bzw. spezielle äußere Minengürtel sichergestellt.
- U-Kreuzer wurden im Ersten Weltkrieg und in der Zwischenkriegszeit für den Handelskrieg nach Prisenordnung entwickelt. Sie waren daher neben Torpedos auch mit starker Artillerie bewaffnet, trugen Beiboote und sogar Beobachtungsflugzeuge. Das größte U-Boot vor dem Zweiten Weltkrieg, die französische Surcouf, war ein solcher U-Kreuzer. Flugzeuge dienten auf japanischen U-Booten zur Erkundung großer Gebiete, Pläne zur Bombardierung des Panama-Kanals im Zweiten Weltkrieg durch 6 Seiran Flugzeuge der U-Boote I-400 und I-401 bestanden zwar, wurden jedoch nicht ausgeführt, da die beiden U-Boote erst im Frühsommer 1945 einsatzbereit waren. Die wenig erfolgreichen Flotten-U-Boote waren primär dazu gebaut, mit Dampfantrieb aufgetaucht im Verband der regulären Flotte mitzufahren.
- Küsten-U-Boote sind in der Regel kleiner und damit wendiger gebaut. Sie operieren primär mit konventionellem Antrieb im Bereich des Kontinentalschelfes.
- Andere militärische U-Boot-Aufgaben:
- Aufklärung: Küstenaufklärung, Aufklärung mit Schlepptragschrauber (Bachstelze) bzw. Bordflugzeug (s. o.)
- Entwicklung: Erprobung neuer Techniken, vgl. U.S.S. Albacore, die deutschen Walter-Boote und die französische Gymnote
- Transport: Kampfschwimmer, bemannte Torpedos, Versorgungsmittel, Kurierdienste etc.
- Rettung: Rettung oder Bergung verunglückter U-Boot-Besatzungen

Sensoren

Gymnote Für getauchte U-Boote ist das Sonar der wichtigste Sensor. Hier bei spielt vor allem das Passivsonar eine wichtige Rolle, da es der Crew eines Boot ermöglicht, Schallwellen wahrzunehmen, die von anderen Fahrzeugen ausgestrahlt werden. Dafür bedient man sich mehrerer Ketten von Hydrophonen, die einerseits am Rumpf des Bootes angebracht sind, andererseits aber auch mittels eines Kabels hinter dem Boot hergeschleppt werden können. Der Vorteil dieses Schleppsonar oder Towed Array genannten Systems liegt darin, dass die Antriebsgeräusche des eigenen U-Bootes das Ergebnis nicht mehr oder zumindest sehr viel weniger verfälschen können, außerdem werden die Strömungsgeräusche des Wassers am Rumpf des U-Bootes nicht mit aufgezeichnet. Der Nachteil des Systems besteht in seiner Länge (die Kette kann bei zu einem halben Kilometer lang sein). In Notsituationen, bei denen das U-Boot schnell manövrieren muss, wäre das Schleppsonar hinderlich, weshalb es gekappt werden müsste.
Das Gegenteil des passiven Sonars ist das aktive Sonar. Hierbei werden über einen Sonarwandler im Bug des U-Bootes starke Schallwellen in das Wasser übertragen (das so genannte Ping) und auf Grund des von Objekten erzeugten Echos deren Position bestimmt. Der Vorteil dieser Methode ist eine schnelle, klare Peilung (Richtung und Entfernung werden mit hoher Genauigkeit bestimmt), das Nachteil ist jedoch, dass auch weit entfernte Lauscher das oder die Pings wahrnehmen können, wodurch die häufig gebotene Heimlichkeit aufgehoben wird. Zur Orientierung kann, wenn das U-Boot knapp unter der Wasseroberfläche schwimmt, ein Periskop ausgefahren werden, mit dem die Umgebung über Wasser erkundet werden kann. Für die Überwasserfahrt haben U-Boote heute Radar. In Krisensituationen eine große Rolle spielen würde der so genannte ESM-Mast für Fernmelde- und Elektronische Aufklärung. Hierbei wird ein Mast über die Wasseroberfläche geschoben, der jegliche Radarsignale von Schiffen und Flugzeugen in der Umgebung feststellen kann, was wichtig ist, um ein klares Bild der taktischen Situation zu bekommen. Er ergänzt das Passivsonar, da er ebenfalls keine Emissionen sendet, jedoch auch stillliegende Schiffe finden kann.

Ortungsschutz

Passiver Ortungsschutz

Fernmelde- und Elektronische Aufklärung Grundsätzlich gilt, dass ein U-Boot um so schwerer zu lokalisieren ist, je kleiner und leiser es ist. Dieselelektrisch betriebene U-Boote haben deswegen im getauchten Zustand oft Vorteile gegenüber den wesentlich größeren Atom-U-Booten. Der Hauptvorteil von Atom-U-Booten sind ihre Ausdauer und Geschwindigkeit. Hohe Geschwindigkeiten verringern allerdings die Sensorenreichweite erheblich und vergrößern den Geräuschpegel. Zusätzlich verursacht die hohe Temperatur des Reaktors zahlreiche Probleme. Bei modernen Kernreaktoren kann bei geringer Leistungsabgabe die Kühlung allein durch Konvektion bewerkstelligt werden. Ansonsten sind Kühlwasserpumpen notwendig, welche Geräusche erzeugen, die sich über den Schiffskörper bis ins Wasser fortpflanzen und dort zu lokalisieren sind. Die Abwärme aus dem Kühlwasser von Kernreaktoren ist sogar durch Satelliten zu orten. Eine weitere Möglichkeit, die Eigengeräusche eines U-Bootes zu dämpfen, besteht darin, alle Maschinen auf einer freischwingenden, gummigelagerten Plattform aufzubauen, um so die Geräuschübertragung auf den restlichen Schiffskörper zu vermindern. Speziell geformte Propeller sorgen für eine Minimierung von Kavitationsgeräuschen. Neben der Dämpfung der Eigengeräusche kommen auch Maßnahmen zum Einsatz, welche die Ortung durch feindliches Sonar erschweren sollen. So dämpft eine Opanin-Hülle, eine ca. 4 mm dicke Gummibeschichtung, die Schallrückstrahlung im Frequenzband zwischen 10 und 18 kHz bis auf 15 %. Die Wirkung des Schutzmittels ist dabei stark abhängig von Salzgehalt, Luftgehalt und Temperatur des Wassers.

Aktiver Ortungschutz, aktive Gegenmaßnahmen

Ein Schutzmittel besteht im Ausstoßen von Täuschkörpern ("Bolden"). Ein Täuschkörper ist ein Auftriebskörper, der Calciumhydrid (CaH₂) enthält und vom U-Boot ausgestoßen werden kann. Er schwebt im Wasser und erzeugt dabei Wasserstoffblasen,
CaH₂ + 2 H₂O --> Ca(OH)₂ + 2 H₂
die für die Sonarortung ein Scheinziel vortäuschen sollen, hinter dem das gefährdete U-Boot ablaufen kann. Ein anderes Mittel ist das Ausstoßen oder Nachschleppen von Täuschkörpern, die die Geräusche des U-Bootes bzw. dessen Antriebs imitieren und so herannahende Torpedos in die Irre führen sollen. Gegen fliegende U-Boot-Jäger sind zwischenzeitlich torpedorohrgestartete Flugkörper

Archimedisches Prinzip

Das Archimedische Prinzip wurde vor über 2000 Jahren vom altgriechischen Gelehrten Archimedes entdeckt. Es lautet: Die Auftriebskraft eines Körpers ist genau so groß wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums. Ein Gegenstand wirkt also leichter, wenn er z. B. in Wasser getaucht wird. Die Masse des Körpers bleibt dieselbe, jedoch gleichen sich die Auftriebs- und die Gewichtskraft gegenseitig aus, wodurch die Gewichtskraft scheinbar abnimmt. Wasser Das Archimedische Prinzip gilt in allen Fluiden, d. h. in Flüssigkeiten und Gasen. Schiffe verdrängen Wasser und erhalten dadurch Auftrieb. Da die Dichte eines Schiffes geringer ist als die Dichte von Wasser (die Dichte des Wassers steigt mit zunehmender Tiefe), schwimmt es auf der Oberfläche. Ballone und Luftschiffe machen sich diese Eigenschaft zu Nutze, um fliegen zu können. Hierbei werden sie mit einem Gas gefüllt, dessen Dichte geringer ist, als die der umgebenden Luft. Diese Gase sind bei Luftschiffen und vielen Ballonen von Natur aus weniger dicht als Luft (z. B. Wasserstoff oder Helium); in Heißluftballons wird die Luftfüllung mit Hilfe von Gasbrennern erwärmt, wodurch ihre Dichte abnimmt.

Erklärung des Phänomens

Ursache für die Auftriebskraft ist der Druckunterschied zwischen der Ober- und der Unterseite eines eingetauchten Körpers. Die Kräfte, die auf die Seitenflächen einwirken, spielen keine Rolle, da sie sich gegenseitig stets aufheben. Das heißt, es wirkt auf die unteren Teile der Oberfläche eines eingetauchten Körpers eine größere Kraft als auf die oberen Teile der Oberfläche. Es herrscht folglich ein Druckunterschied. Da jedes physikalische System stets bestrebt ist, einen Druckausgleich zu erzielen, wird sich der Körper solange aufwärts bewegen, bis sich alle auf ihn einwirkenden Kräfte ausgleichen. Im rechtsoben stehenden Beispiel gehen wir davon aus, dass ein Würfel (folglich mit den Kantenlängen 20x20x20cm) 10cm tief in Wasser eingetaucht ist

Herleitung "klassisch"

1~ = 1~\frac

Auf die untere Fläche

A_

wirkt die Kraft

F_ = 2943~\frac \cdot 004~^2 = \underline

auf die obere Fläche

A_

wirkt dagegen die Kraft

F_ = 981~\frac \cdot 004~^2 = \underline

. Die Differenz der beiden Kräfte beträgt 78,48 N. Also ist der Auftrieb dieses Körpers 78,48 Newton.

Herleitung nach Archimedes

Nach Archimedes gilt Folgendes:

F_=F_

. Bezogen auf das Beispiel können wir schreiben:

\begin F_ &=& V_ \cdot \rho_\cdot g \\
 \ &=& 8000~^3 \cdot 1 \frac\cdot981\cdot10^\frac \\ \ &=& 7848~\end

Wir sehen, dass beide Methoden zum selben Ergebnis führen.

Steigen, Sinken, Schweben

Damit der Körper die in der Grafik beschriebene Position einnimmt, muss seine Gewichtskraft gleich der Gewichtskraft des verdrängten Wassers (78,48 N) sein. Dann heben sich alle auf den Körper wirkenden Kräfte auf und dieser kommt zum Stillstand. Nach der Formel

m=F_\cdot g^

muss der Körper 8000 g schwer sein. Des Weiteren hätte er nach

\rho = \frac

eine Dichte von 1. (Wasser hat ebenfalls eine Dichte von 1)
Wir können also folgende Regel formulieren:

- Wenn

\rho_=\rho_

ist, dann schwebt der Körper.
- Wenn

\rho_<\rho_

ist, dann steigt der Körper.
- Wenn

\rho_>\rho_

ist, dann sinkt der Körper. Die Körper steigen oder sinken, bis der Gewichtskraft eine betragsmäßig gleich große Kraft entgegenwirkt. Dies kann beim Sinken eine sich ändernde Dichte des Fluids oder auch der Boden des Bechers bewirken. Ein Körper steigt oft solange, bis er die Oberfläche durchbricht. In diesem Fall gilt:

V_ \cdot \rho_ = V_ \cdot \rho_

Die Entdeckung des Archimedischen Prinzips

Archimedes war von König Hieron II. von Syrakus beauftragt worden herauszufinden, ob dessen Krone wie bestellt aus reinem Gold wäre, oder ob das Material durch billigeres Metall gestreckt worden sei. Diese Aufgabe stellte Archimedes zunächst vor Probleme, da die Krone natürlich nicht zerstört werden durfte. Der Überlieferung nach hatte Archimedes schließlich den rettenden Einfall, als er zum Baden in eine bis zum Rand gefüllte Wanne stieg und dabei das Wasser überlief. Er erkannte, dass die Menge Wasser, die übergelaufen war, genau seinem Körpervolumen entsprach. Angeblich lief er dann, nackt wie er war, durch die Straßen und rief Heureka (Ich habe es gefunden). Um die gestellte Aufgabe zu lösen, tauchte er einmal die Krone und dann einen Goldbarren, der genauso viel wog wie die Krone, in einen vollen Wasserbehälter und maß die Menge des überlaufenden Wassers. Da die Krone mehr Wasser verdrängte als der Goldbarren und somit bei gleichem Gewicht voluminöser war, musste sie aus einem leichteren Material, also nicht aus reinem Gold, gefertigt worden sein. Diese Geschichte wurde vom römischen Architekten Vitruv überliefert. Obwohl der Legende nach auf dieser Geschichte die Entdeckung des Archimedischen Prinzips beruht, würde der Versuch von Archimedes auch mit jeder anderen Flüssigkeit funktionieren. Das Interessanteste am Archimedischen Prinzip, nämlich die Entstehung des Auftriebs und damit die Berechnung der Dichte des Fluids, spielt in dieser Entdeckungsgeschichte gar keine Rolle.

Physikalische Herleitung

Wirkt auf eine Fläche

\vec

(mit Flächeninhalt

|\vec|

und Normalenvektor

\vec/|\vec|

) von einer Seite ein konstanter Druck

p_A

, so ist der nach unten (bzw. nach oben, bei negativem Vorzeichen) wirkende Kraftanteil

F_A = - (\vec_z \cdot \vec) p_A

wobei

\vec_z

ein nach unten zeigender Einheitsvektor ist. Das Archimedische Prinzip gilt nur genau dann streng, wenn das verdrängte Medium inkompressibel (nicht zusammendrückbar) ist. Für Flüssigkeiten wie z. B. Wasser ist dies gut erfüllt, daher soll im Folgenden von einem Körper ausgegangen werden, der in eine Flüssigkeit der Dichte

\rho

eintaucht. In der Flüssigkeit lastet auf einer waagerechten Fläche der Größe

A

in der Tiefe

z

das Gewicht einer Flüssigkeitssäule der Masse

m=\rho \cdot A \cdot z

. Der Druck in dieser Tiefe ist deshalb

p(z) = \frac = \rho \cdot g \cdot z

Ein entsprechender Druckverlauf gilt bei nicht zu großen Höhendifferenzen z auch in der Luft oder anderen Gasen (d. h. die Kompressibilität fällt nicht ins Gewicht; bei großen Höhenunterschieden müsste eine veränderliche Dichte berücksichtigt werden). Deshalb gelten die folgenden Überlegungen auch für realistisch große Luftschiffe oder Ballone. Für einfache geometrische Formen kann man die Gültigkeit des Archimedischen Prinzips mit einfachen Mitteln von Hand nachrechnen. Für einen Quader mit Grundfläche A und Höhe h, der senkrecht in die Flüssigkeit eintaucht, erhält man beispielsweise:
- Kraft auf die obere Grundfläche:

F_o = p(z_0) \cdot A = \rho \cdot g \cdot z_0 \cdot A

- Kraft auf die untere Grundfläche:

F_u = p(z_0+h) \cdot A = -\rho \cdot g \cdot (z_0+h) \cdot A

- Kräfte auf die Seitenflächen heben sich stets gegenseitig auf
- Die gesamte Auftriebskraft ist also

F = F_o + F_u = -\rho \cdot A \cdot h \cdot g = -\rho \cdot V \cdot g

. Dabei ist V das verdrängte Volumen, also

\rho \cdot V

die verdrängte Masse und

\rho \cdot V \cdot g

ihre Gewichtskraft. Das Archimedische Prinzip ist also erfüllt. Das negative Vorzeichen zeigt an, dass die Auftriebskraft der Gewichtskraft entgegengesetzt ist. Für einen beliebig geformten Körper erhält man die gesamte Auftriebskraft durch das Oberflächenintegral:

F = - \iint_\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\;\subset\!\supset \;\;p(z) \; \vec_z \cdot d\vec

Das Archimedische Prinzip folgt dann sofort aus dem Gaußschen Integralsatz:

F = - \iiint_V \operatorname \; p(z) \vec_z \;dV= -g \cdot \rho \cdot \iiint_V dV = -g \cdot \rho \cdot V

Weblinks

- [http://www.walter-fendt.de/ph14d/auftrieb.htm Interaktives Experiment zur Größe der Auftriebskraft auf einen Körper, der in eine Flüssigkeit taucht]
- [http://www.mister-mueller.de/physik/Ph_unterricht/Ph_Experimente/Mechanik/Experiment_des_Archimedes.html Nachbau des historischen Experimentes mit einfachen Mitteln] Kategorie:Maritime Technologie Kategorie:Mechanik ja:アルキメデスの原理

Floß

Als Floß bezeichnet man ein einfaches Wasserfahrzeug zur Beförderung von Personen und/oder Material, das aus schwimmenden Materialien aller Art zusammengesetzt ist. Es besitzt also keinen Rumpf, und wird beim Flößen nur durch die Strömung angetrieben. Eventuell vorhandene Antriebe an Bord einen Floßes (Paddel, Riemen, Motoren, Segel, etc) dienen meist nur dazu es in der Strömung eines Gewässers zu steuern / zu halten und nur selten dazu, das Floß vor-/anzutreiben. Beim Flößen wird ein Floß lediglich durch die Strömung des Wassers fortbewegt und verfügt manchmal über Steuerungen, jedoch meist nicht über einen eigenen Antrieb. Die Geschwindigkeit beim Flößen im Vergleich zu dem ihm umgebenden Wasser bleibt meist gleich Null. Wasser Wasser Wasser Üblicherweise haben vor allem auf Binnengewässern eingesetzte Flöße die Form einer Platte ohne nennenswerte Aufbauten. Die Fortbewegung wird zumeist durch den Wasserstrom erreicht. Die Lenkung erfolgt mit einem Ruder oder mit Staken (lange Stangen, die sich am Grund abstoßen). Häufig kommen beim Floßbau Holz (z.B. Balsaholz) in Form ganzer Stämme, Binsen, Schilf oder Fässer zum Einsatz. Fässer Im Binnenland dienten aus Baumstämmen zusammengebundene Flöße früher in erster Linie der Holzbeförderung auf Flüssen, auf Meeren dienten sie in erster Linie der Fortbewegung und dem Materialtransport. In Europa werden Flöße seit dem weitgehenden Ende der gewerblichen Holzbeförderung auf diesem Weg lediglich im Tourismus weiterhin verwendet. Die bekannteste deutsche Floßstrecke in diesem Zusammenhang führt von Wolfratshausen auf der Isar an die Floßlände in München-Thalkirchen. Für diesen Zweck werden die Flöße mit Musikkapelle, Sitzgelegenheiten, Bewirtungsmöglichkeit mit Bier und Brotzeit und auch einer einfachen Bordtoilette ausgestattet. Dass man mit Flößen auch größte Entfernungen auf hoher See überwinden kann, bewies 1947 Thor Heyerdahl, der mit einem besegeltem Floß aus Balsaholz in einer dreimonatigen Fahrt von Callao in Peru 7.800 Kilometer über den Pazifik trieb und segelte. Heyerdahl erreichte nach drei Monaten das Raroia-Atoll östlich von Tahiti und bewies damit seine These, dass eine prähistorische Besiedelung der Südseeinseln von Amerika aus möglich war. Ein Floß mit Besegelung und zusätzlich einem absenkbaren Schwert ist auch die Jangada, ein hochseetüchtiger Fahrzeugtyp von Fischern in Nordost-Brasilien. Die heute wohl bekannteste und häufig genutzte Form des Floßes ist das Raft, mit dem man sich einen Wildwasserfluss hinabstürzt Rafting. Und an einem Ort fest verankerte Flöße kennen wird zum Beispiel als Bohrinseln. Siehe auch: Boot, Ponton Kategorie:Wasserfahrzeug

Antrieb

Der Begriff Antrieb als Bezeichnung einer Ursache, die final determinierte Folgen initiiert, ist von Bedeutung
- in der Technik, siehe Antrieb (Technik)
- in der Psychologie, siehe Antrieb (Psychologie)
- in der Verhaltensbiologie, siehe Handlungsbereitschaft Im übertragenen (allgemeinen) Sinne versteht man unter Antrieb Kräfte, die eine zielgerichtete Handlung initiieren und ausführen, z.B. der Antrieb etwas zu tun.

Antrieb

Geschwindigkeit

Unter der Geschwindigkeit (Formelzeichen: v) eines Objekts versteht man die von ihm zurückgelegte Wegstrecke s pro Zeit t. Mathematisch entspricht die Geschwindigkeit der Ableitung des Ortes nach der Zeit.

Definition

Die Definition der Geschwindigkeit als Zeitableitung des Ortes lässt sich in drei Schritten nachvollziehen. 1. Gesamtdurchschnittsgeschwindigkeit: :

\bar v=

2. Durchschnittsgeschwindigkeit in einem bestimmten Abschnitt: :

\bar v==

3. Momentangeschwindigkeit (= differentielle Abschnittsgeschwindigkeit): :

v= = \lim_

Eine Strecke ist immer richtungsbehaftet und daher ein Vektor. Aus diesem Grunde ist auch die Geschwindigkeit eine vektorielle Größe. Im Englischen wird daher (besonders unter Mathematikern) gelegentlich zwischen velocity (vektorielle Geschwindigkeit) und speed (Betrag der Geschwindigkeit) unterschieden. Ist die Positionsveränderung s als Funktion der Zeit t in der Form s = s(t) gegeben, ergibt sich die Geschwindigkeit als Funktion der Zeit durch Differenzieren dieser Funktion: :

v(t)=

Die zeitliche Änderung der Geschwindigkeit ist dann die Beschleunigung, die ebenfalls ein Vektor ist: :

a(t)==

Die Geschwindigkeiten in einem strömenden Medium können als Vektorfeld aufgefasst werden. Die SI-Einheit der Geschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m/s). Eine weitere gebräuchliche Einheit der Geschwindigkeit ist Kilometer pro Stunde (km/h), umgangssprachlich auch als "Stundenkilometer" bezeichnet. Oft wird "km/h" irreführend als "kmh" ausgesprochen oder gar geschrieben. Im populären Sprachgebrauch liest man km/h meist als „Stundenkilometer“, was sprachlich und physikalisch falsch ist, da das Wort eine nicht existente und nutzlose Einheit „km×h“ bezeichnen würde. Keinesfalls sollte daher in der Abkürzung km/h der Divisionsstrich weggelassen werden. Als nicht metrische Einheit wird vor allem in den USA und einigen anderen englischsprachigen Ländern Meilen pro Stunde (mph) benutzt. In der See- und Luftfahrt ist außerdem die Einheit Knoten (kn) gebräuchlich; ein Knoten ist eine Seemeile pro Stunde. Fast nur in der Luftfahrt wird Mach verwendet, das keine feste Einheit ist, sondern die Geschwindigkeit im Vergleich zur lokalen Schallgeschwindigkeit angibt. Die Schallgeschwindigkeit ist stark temperaturabhängig aber nicht luftdruckabhängig. Grund für die Nutzung einer solchen Einheit ist, dass etwa Propellermaschinen nicht schneller als der Schall fliegen können, sondern beispielsweise 70% der Schallgeschwindigkeit erreichen, gleichgültig, wie groß diese aktuell ist. Umrechnung gebräuchlicher Geschwindigkeitseinheiten:
- 1 kn = 0,5144 m/s = 1,852 km/h (exakt);
- 1 m/s = 1,944 kn = 3,6 km/h (exakt) = 2,237 mph;
- 1 km/h = 0,540 kn = 0,2778 m/s = 0,6214 mph;
- 1 mph = 0,8690 kn = 0,44704 m/s (exakt) = 1,609344 km/h (exakt);
- c = 299.792.458 m/s (exakt) = 582.749.918 kn = 670.616.629 mph = 1.079.252.848,8 km/h. (exakt) Die Lichtgeschwindigkeit c ist eine wichtige Naturkonstante der Physik. Die Definition der Geschwindigkeit ist nicht eindeutig, sondern nur gegenüber einem Bezugssystem sinnvoll. Wegen des Relativitätsprinzips kann auch keine absolute Ruhe definiert werden, sondern nur die Ruhe gegenüber einem Bezugssystem.

Andere Bedeutungen des Begriffs

Der Begriff Geschwindigkeit wird umgangssprachlich auch auf zeitliche Veränderungen anderer Größen bezogen. So spricht man beispielsweise von der Geschwindigkeit einer Temperaturänderung oder der Geschwindigkeit, mit der eine Population wächst, sich eine Kultur entwickelt oder ein Mensch seine Meinung ändert.

Siehe auch

- Feld
- kosmische Geschwindigkeit

Weblinks

- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/m04_geschwindigkeit.htm Versuche und Aufgaben zur Geschwindigkeit] Kategorie:Mechanik Kategorie:Kinematik ja:速度 ko:속도 simple:Velocity

Floß

Wasser

Wasser ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff und Wasserstoff. Die Bezeichnung Wasser wird besonders für den flüssigen Aggregatzustand verwendet, im festen, also gefrorenen Zustand wird es Eis genannt, im gasförmigen Zustand Wasserdampf oder einfach nur Dampf. Dampf

Etymologie und alternative Bezeichnungen

Das Wort Wasser leitet sich vom althochdeutschen wazzar „das Feuchte, Fließende“ ab. Andere chemische Bezeichnungen für Wasser sind:
- Wasserstoffoxid (auf deutsch die korrekte, weil einfachste Bezeichnung)
- Diwasserstoffmonoxid, Wasserstoffhydroxid, Dihydrogeniumoxid, Hydrogeniumoxid, Hydrogeniumhydroxid oder Dihydrogenmonoxid

Vorkommen

Erde

Große Teile der Erde sind vom Wasser bedeckt, wobei dies besonders auf der Südhalbkugel der Fall ist und sich als Extrem an der Wasserhalbkugel zeigt. Die Versorgung der Weltbevölkerung mit hygienisch und toxikologisch unbedenklichem Trinkwasser, sowie einer ausreichenden Menge Nutzwasser, stellt eine der größten Herausforderungen der Menschheit in den nächsten Jahrzehnten dar. Die Wasservorkommen der Erde belaufen sich auf circa 1 386 Millionen km³, wovon allein 1 338 Millionen km³ (96,5 %) auf das Salzwasser der Weltmeere entfallen. Nur 48 Millionen km³ (3,5 %) des irdischen Wassers liegen als Süßwasser vor. Das mit 24,4 Millionen km³ (1,77 %) meiste Süßwasser ist dabei als Eis an den Polen, Gletschern und Dauerfrostböden gebunden und somit nicht der Nutzung zugänglich. Einen weiteren wichtigen Anteil macht das Grundwasser mit 23,4 Millionen km³ aus. Das Wasser der Fließgewässer und Binnenseen (190 000 km³), der Atmosphäre (13 000 km³), des Bodens (16 500 km³) und der Lebewesen (1 100 km³) ist im Vergleich rein mengenmäßig recht unbedeutend. Dabei ist jedoch nur ein geringer Teil des Süßwassers auch als Trinkwasser verfügbar. Insgesamt liegen 98,233 % des Wassers in flüssiger, 1,766 % in fester und 0,001 % in gasförmiger Form vor. In seinen unterschiedlichen Formen weist das Wasser dabei spezifische Verweilzeiten auf und zirkuliert fortwährend im globalen Wasserkreislauf. Diese Anteile sind jedoch nur näherungsweise bestimmbar und wandelten sich auch stark im Laufe der Klimageschichte, wobei im Zuge der globalen Erwärmung von einem Anstieg des Wasserdampfanteils ausgegangen wird.

Sonnensystem

Auch außerhalb der Erde kommt zwar Wasser vor, aber nur in sehr geringen Mengen und dann als Eis oder Wasserdampf. Als Eis wurde Wasser in Kometen („schmutzige Schneebälle“), auf dem Mars und auf einigen Monden der äußeren Planeten nachgewiesen. Viele Hinweise deuten darauf hin, dass der Mars in der Frühzeit seiner Entwicklung offene Wasserflächen enthielt. Zu den Monden zählen die Jupitermonde Europa, Ganymed und Kallisto, der Neptunmond Triton, sowie Charon, der einzige bekannte Mond Plutos. Hinweise auf das Vorhandensein von Eis in Meteoritenkratern in Polnähe gibt es sogar bei Merkur, dem sonnennächsten Planeten. Es ist möglich, dass auf dem Erdenmond in den Polregionen am Grund tiefer Krater Eisvorkommen als Relikte von Kometeneinschlägen überlebt haben. Solche Vorkommen wären wichtige Wasser- und Sauerstoffquellen für künftige Mondbasen, sind jedoch bis auf weiteres spekulativ.

Herkunft

Hauptartikel: Herkunft des irdischen Wassers Die Herkunft des Wassers auf der Erde, insbesondere die Frage, warum auf der Erde deutlich mehr Wasser vorkommt als auf den anderen erdähnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte durch das Ausgasen der Magma entstanden sein, also letztlich aus dem Erdinneren stammen. Ob dadurch aber die Menge an Wasser erklärt werden kann, ist fragwürdig. Weitere große Anteile könnten aber auch durch Einschläge von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels auf die Erde gekommen sein. Messungen des Isotopenverhältnisses von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) deuten dabei eher auf Asteroiden hin, da in Wassereinschlüssen in kohligen Chondriten ähnliche Verhältnisse gefunden wurden wie in ozeanischem Wasser, wohingegen bisherige Messungen dieses Isotopenverhältnisses an Kometen und transneptunischen Objekten nur schlecht mit irdischem Wasser übereinstimmten.

Wassermolekül

Chondriten Chondriten Hauptartikel: Wassermolekül Das Molekül des Wassers besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Geometrisch ist das Wassermolekül gewinkelt, so dass die zwei Wasserstoffatome und die zwei Elektronenpaare in die Ecken eines gedachten Tetraeders gerichtet sind. Der Winkel, den die beiden O-H-Bindungen einschließen beträgt 104,45°. Er weicht aufgrund des erhöhten Platzbedarfs der freien Elektronenpaare vom idealen Tetraederwinkel (~109,47°) ab. Die Bindungslänge der O-H-Bindungen beträgt jeweils 95,84 Picometer. Sauerstoff hat in der Pauling-Skala mit 3,5 eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff mit 2,1. Das Wassermolekül weist dadurch ausgeprägte Partialladungen auf. In Kombination mit der dreieckigen Geometrie kommt es auf der Seite des Sauerstoffs zu einer negativen und auf der Seite der beiden Wasserstoffatome zu einer positiven Polarität. Diese bewirkt das Dipolmoment, das in der Gasphase 1,84 Debye beträgt. Wassermoleküle wechselwirken miteinander über Wasserstoffbrückenbindungen und besitzen dadurch ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Es handelt sich dabei um keine beständige, feste Verkettung. Der Verbund der über Wasserstoffbrückenbindungen unbeständig verketteten Wassermoleküle besteht nur Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung eines variablen Clusters. Hierdurch werden wichtige Eigenschaften wie die Dichteanomalie hervorgerufen. Je nach Isotopenzusammensetzung des Wassermoleküls unterscheidet man „schweres Wasser“, „halbschweres Wasser“ und „überschweres Wasser“.

Eigenschaften des Wassers

Hauptartikel: Eigenschaften des Wassers, Stoffdaten des Wassers

Synthese, Elektrolyse und Nachweis

Wasser wurde zum ersten Mal synthetisiert, als Henry Cavendish ein Gemisch aus Wasserstoff und Luft zum Explodieren brachte. Da Wasserstoff in der Zukunft Energieträger werden soll, ist geplant, durch die Elektrolyse des Wassers diesen Wasserstoff zu gewinnen. Allerdings ist ein hoher Energieaufwand für die Elektrolyse nötig. Mittlerweile ist es Forschern gelungen, Wasser durch Anwesenheit eines Katalysators nur mittels Sonnenlicht in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten: :

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Wasser färbt weißes Kupfersulfat hellblau und blaues Cobalt(II)-chloridpapier wird durch Wasser rot gefärbt, Karl-Fischer-Titration.

Geschichte der Wassernutzung

Hauptartikel: Geschichte der Wassernutzung Die Geschichte der menschlichen Nutzung des Wassers und somit jene der Hydrologie, der Wasserwirtschaft und besonders des Wasserbaus, ist durch eine vergleichsweise geringe Zahl von Grundmotiven geprägt. Von den ersten sesshaftwerdenen Menschen zu den Hochkulturen der Antike über das Mittelalter bis zur Neuzeit, stand im Zentrum immer ein Konflikt zwischen einem zu viel und einem zu wenig an Wasser. Ihm war man dabei fast immer ausgeliefert, ob durch Dürren die Ernte einging oder Hochwasser Leben und Besitz bedrohte. Ohne die Kenntnis woher das Wasser kam und wohin es ging, wurde es zu einem Gegenstand der Mytholgie und später auch Naturphilosophie. Noch heute kommt dem Wasser in den meisten Religionen der Welt eine Sonderstellung zu, besonders dort, wo die Frage des Überlebens von der Lösung der zahleichen Wasserprobleme abhing. Ziel war es allen Nutzungsansprüchen gerecht zu werden und dabei auch jedem Menschen den ihm zustehenden Teil des Wassers zu garantieren. Hierzu wurde das Wasserrecht als eine der ersten Rechtsformen zum Mitbegründer der ersten zentralistischen Zivilisationen von Mesopotamien und Ägypten, bis in die Flusstäler Chinas und Indiens. Die lange Geschichte der Wassernutzung zeigt sich dabei, wie die Menschheitsgeschichte insgesamt, nicht als ein kontinuierlicher Entwicklungspfad. Sie wurde vor allem durch einzelne Zentren hohen wasserwirtschaftlichen Standards sowie immer wiederkehrende Brüche geprägt, neben oft Jahrhunderte lang währenden Stagnationsphasen. So beeindruckend die frühen wasserbaulichen Anlagen dabei auch waren, wie groß sich Innovationskraft und Kreativität unserer Vorfahren auch zeigte, letztlich war und ist man auch heute noch abhängig von der Natur, die man jedoch erst in vergleichsweise jüngster Zeit anfing wirklich zu verstehen.

Bedeutung des Wassers in den Wissenschaften

Zur Bedeutung für das Leben und die Welt allgemein siehe: Bedeutung des Wassers Wasser spielt wegen seiner besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften, vor allem des Dipolmoments, der Wasserstoffbrückenbindung und der Dichteanomalie, eine zentrale Rolle in vielen Wissenschaften und Anwendungsgebieten. Es ist der wahrscheinliche Entstehungsort des irdischen Lebens und unter Umständen auch eine Bedingung für dieses. In Organismen und in unbelebten Bestandteilen der Geosphäre spielt es als vorherrschendes Medium bei fast allen Stoffwechselvorgängen beziehungsweise geologischen und ökologischen Elementarprozessen eine entscheidende Rolle. Die Erdoberfläche ist zu circa 72 % von Wasser bedeckt, wobei Ozeane hieran den größten Anteil tragen. Süßwasserreserven bilden lediglich 2,53 % des irdischen Wassers und nur 0,3 % sind als Trinkwasser zu erschließen (Dyck 1995). Durch die Rolle des Wassers in Bezug auf Wetter und Klima, als Landschaftsgestalter im Zuge der Erosion und durch seine wirtschaftliche Bedeutung unter anderem in den Bereichen der Land-, Forst- und Energiewirtschaft ist dieses zudem in vielfältiger Weise mit Geschichte, Wirtschaft und Kultur der menschlichen Zivilisation verbunden. Die Wissenschaft, welche sich mit der räumlichen wie zeitlichen Verteilung des Wassers und dessen Eigenschaften beschäftigt, bezeichnet man als Hydrologie. Insbesondere untersucht die Ozeanologie das Wasser der Weltmeere, die Limnologie das Wasser der Binnengewässer, die Hydrogeologie das Grundwasser und die Aquifer, die Meteorologie den Wasserdampf der Atmosphäre und die Glaziologie das gefrorene Wasser unseres Planeten. In flüssiger Form wurde Wasser bislang nur auf der Erde nachgewiesen.

Wasserchemie

Die Chemie beschäftigt sich unter anderem mit der Analyse von im Wasser gelösten Stoffen, den Eigenschaften des Wassers, dessen Nutzung, dessen Verhaltensweise in verschiedenen Zusammenhängen. Wasser ist ein Lösungsmittel für viele Stoffe, für Ionenverbindungen, aber auch für hydrophile Gase und hydrophile organische Verbindungen. Sogar gemeinhin als in Wasser unlöslich geltende Verbindungen können in Spuren im Wasser enthalten sein. Daher liegt Wasser auf der Erde nirgends in reinem Zustand vor. Es hat je nach Herkunft die unterschiedlichsten Stoffe in mehr oder weniger großen Konzentrationen in sich gelöst. In der Analytik unterscheidet man unter anderem folgende Wassertypen:
- Reinstwasser
- Demineralisiertes Wasser
- Destilliertes Wasser
- Enteisentes Wasser
- Ätherisches Wasser
- Rohwasser
- Regenwasser
- Grundwasser
- Oberflächenwasser (Fließ- und Stehgewässer),
- Süßwasser/Salzwasser/Brackwasser
- Mineralwasser
- Trinkwasser
- schweres Wasser
- Abwasser, (Haushalts-Abwässer, landwirtschaftliche Abwässer,Industrie-Abwässer) Aber auch bei den wässrigen Auslaugungen (Eluaten) von Sedimenten, Schlämmen, Feststoffen, Abfällen und Böden wird die Wasseranalytik eingesetzt. Um die Eigenschaften des Wassers und eventuell darin gelöster Stoffe, bzw. damit in Kontakt stehender fester Phasen aufzuklären hat sich die Molekulardynamik-Simulation bewährt. Siehe auch: Wasserhärte, Gewässergüteklasse, Hydrophobie, Hydrophilie

Wasser in den Geowissenschaften

Hydrophilie In den Geowissenschaften haben sich Wissenschaften herausgebildet, die sich besonders mit dem Wasser beschäftigen: die Hydrogeologie, die Hydrologie, die Glaziologie, die Limnologie, die Meteorologie und die Ozeanographie. Besonders interessant für die Geowissenschaften ist, wie Wasser das Landschaftsbild verändert (von kleinen Veränderungen über einen großen Zeitraum bis hin zu Katastrophen, bei denen Wasser innerhalb weniger Stunden ganze Landstriche zerstört), dies geschieht zum Beispiel auf folgende Weisen:
- Flüsse oder Meere reißen Erdmassen mit sich und geben sie an anderer Stelle wieder ab (Erosion).
- Durch sich bewegende Gletscher werden ganze Landschaften umgestaltet.
- Wasser wird von Steinen gespeichert, gefriert in diesen und sprengt die Steine auseinander, weil es sich beim Gefrieren ausdehnt (Frostverwitterung).
- Durch Dürren werden die natürlichen Ökosysteme stark beeinflusst. Wasser ist nicht nur ein bedeutender Faktor für die mechanische und chemische Erosion von Gesteinen sondern auch für die klastische und chemische Sedimentation von Gesteinen. Dadurch entstehen unter anderem Grundwasserleiter. Auch interessiert Geowissenschaftler die Vorhersage des Wetters und besonders von Regenereignissen (Meteorologie). Siehe auch: Gewässer, Gletscher, Permafrostboden, Binnenmeer, Binnensee, Teich, Meer, Ozean, Fluss, Bach, Flussaue.

Wasser in der Hydrodynamik

Die verschiedenen strömungstechnischen Eigenschaften und Wellentypen auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene werden intensiv untersucht, wobei folgende Fragestellungen im Mittelpunkt stehen:
- Optimierung von Bootskörpern und exponierter Baukörper (zum Beispiel Wehre) - Minimierung des Strömungswiderstandes
- Optimierung des Wirkungsgrades von wassergetriebenen Turbinenrädern
- Untersuchung von Strömungsphänomenen und Resonanzkatastrophen (Tsunami, Monsterwellen)
- Untersuchung der Konsistenz und Qualität des Mediums Wasser aus der Analyse seiner charakterisierenden Strömungseigenschaften. Mit diesem Aspekt beschäftigt sich das Institut für Strömungswissenschaften in Herrischried im Südschwarzwald.

Kulturelle Bedeutung des Wassers

Aufgrund der großen Bedeutung des Wassers wurde es nicht zufällig bereits bei den frühesten Philosophen zu den vier Urelementen gezählt. Thales von Milet sah im Wasser sogar den Urstoff allen Seins.

Wasser in der Mythologie

Thales von Milet Wasser ist in der von Empedokles eingeführten und dann vor allem von Aristoteles vertretenen Vier-Elemente-Lehre neben Feuer, Luft und Erde ein Element. Ebenso ist Wasser in der taoistischen Fünf-Elemente-Lehre (neben Holz, Feuer, Erde, Metall) vertreten. Die Bezeichnung Elemente ist hier jedoch etwas irreführend, da es sich um verschiedene Wandlungsaspekte eines zyklischen Prozesses handelt. Im antiken Griechenland wurde dem Element Wasser das Ikosaeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet.

Wasser in der Religion

In den Religionen hat Wasser häufig einen hohen Stellenwert. Oft wird die reinigende Kraft des Wassers beschworen, zum Beispiel bei den Moslems in Form der rituellen Fußwaschung vor dem Betreten einer Moschee, oder im Hindu-Glauben beim rituellen Bad im Ganges. Die christliche Taufe wurde bis ins späte Mittelalter durch Untertauchen oder Übergießen mit Wasser als Ganzkörpertaufe vollzogen, im Westen heute meist nur noch durch Besprengen mit Wasser. Die Taufe bedeutet Hinwendung zu Christus und Aufnahme in die Kirche. Sie steht auch symbolisch für Sterben (Untertauchen) und Auferstehen (ankommen am Ufer des neuen Lebens). In der katholischen und orthodoxen Kirche spielt das Weihwasser eine besondere Rolle. Vor allem die reinigende Kraft des Wassers gab immer wieder Anlass, über die Bedeutung des Wassers für das Leben und auch für ein Leben nach dem Tod nachzudenken.

Wasser in der Esoterik

In der Esoterik heißt es, Wasser sei in seiner Struktur veränderbar und übertrage so Informationen. Diese Wasser werden als "Polywasser", "levitertes", "formatiertes" oder Belebtes Wasser bezeichnet und gehen zum Teil zurück auf Masaru Emoto, Viktor Schauberger oder Wilfried Hacheney.

Boot

Fahrzeug

Siehe auch:

U-Boot

Geschichte

15. bis 18. Jahrhundert

19. Jahrhundert

1900–1930 Erster Weltkrieg

1930–1945 Zweiter Weltkrieg

Veränderungen im U-Boot-Krieg

Nach 1945

Technik

Schiffsrumpf

Steuerung

Antrieb

Militärische U-Boote

Aufgaben und Arten von U-Booten

Sensoren

Ortungsschutz

Passiver Ortungsschutz

Aktiver Ortungschutz, aktive Gegenmaßnahmen

Archimedisches Prinzip

Erklärung des Phänomens

Herleitung "klassisch"

Herleitung nach Archimedes

Steigen, Sinken, Schweben

Die Entdeckung des Archimedischen Prinzips

Physikalische Herleitung

Weblinks

Floß

Antrieb

Antrieb

Geschwindigkeit

Definition

Andere Bedeutungen des Begriffs

Siehe auch

Weblinks

Floß

Wasser

Etymologie und alternative Bezeichnungen

Vorkommen

Erde

Sonnensystem

Herkunft

Wassermolekül

Eigenschaften des Wassers

Synthese, Elektrolyse und Nachweis

Geschichte der Wassernutzung

Bedeutung des Wassers in den Wissenschaften

Wasserchemie

Wasser in den Geowissenschaften

Wasser in der Hydrodynamik

Kulturelle Bedeutung des Wassers

Wasser in der Mythologie

Wasser in der Religion

Wasser in der Esoterik

Wasser als Trinkwasser und Produkt