Boote und Flöße: Auftrieb, Stabilität und kaltes Wasser

Wofür dieser Artikel gedacht ist

Der Artikel erklärt die Physik hinter Booten und Flößen und die Regeln, die heute auf dem Wasser gelten. Er ersetzt weder das Schwimmenlernen noch einen Kurs im Rudern oder Kanufahren.

Warum etwas schwimmt: Auftrieb und Verdrängung

Jeder Körper im Wasser erfährt eine Kraft nach oben, den Auftrieb. Nach dem Gesetz des Archimedes ist er so groß wie die Gewichtskraft des Wassers, das der Körper verdrängt. So steht es im Vorlesungsskript „Strömungslehre 1“ von Peter Junglas (PHWT Vechta/Diepholz). Gerechnet wird für Süßwasser mit 1000 Kilogramm je Kubikmeter – jeder verdrängte Liter bringt also rund ein Kilogramm Auftrieb.

Ein Körper schwimmt, wenn seine mittlere Dichte kleiner ist als die des Wassers. Er taucht dann nur so tief ein, bis das verdrängte Wasser genauso viel wiegt wie er selbst. Mittlere Dichte heißt: Material und eingeschlossene Luft zusammen. Deshalb schwimmt ein Stamm aus leichtem Holz, aber auch ein dicht verschlossenes Fass aus Metall – die Luft darin macht den ganzen Körper leichter als das Wasser, das er verdrängt.

Jedes Kilogramm, das du zulädst, drückt das Fahrzeug tiefer, bis es ein weiteres Kilogramm Wasser verdrängt. Das geht nur, solange noch Rand über dem Wasser bleibt. Wird dieser Rand zu niedrig, schwappt Wasser hinein, und jeder Liter im Boot ist zusätzliches Gewicht. Das Bundesverkehrsministerium warnt in seiner Broschüre „Sicherheit auf dem Wasser“: Ruderboote schlagen leicht voll Wasser und kentern dann.

Tragfähigkeit: was ein Floß wirklich trägt

LEIFIphysik, das Physikportal des FWU Instituts für Film und Bild, rechnet ein Beispiel vor: Ein Holzfloß hat 80 Quadratmeter Fläche und ist 20 Zentimeter dick, das Holz hat eine Dichte von 0,6 Gramm je Kubikzentimeter, und beladen ragt das Floß noch 2 Zentimeter aus dem Wasser. Es verdrängt dann 14,4 Kubikmeter Wasser, also 14,4 Tonnen. Davon gehen 9,6 Tonnen für das Holz selbst ab – 16 Kubikmeter zu je 600 Kilogramm. Übrig bleiben 4,8 Tonnen Ladung.

Daraus folgt eine Faustrechnung, selbst gerechnet mit denselben Werten: Ein Kubikmeter dieses Holzes wiegt 600 Kilogramm und verdrängt ganz untergetaucht 1000 Kilogramm Wasser. Mehr als 400 Kilogramm kann er also nicht tragen – und dann liegt er bündig im Wasser, ohne jeden Rand. Für ein Floß, auf dem du trocken stehen willst, bleibt deutlich weniger.

Verschlossene Fässer und Kanister tragen im Verhältnis zu ihrem Gewicht viel mehr, weil sie fast nur Luft enthalten. Selbst gerechnet: Ein dichter Behälter mit 200 Litern Inhalt verdrängt ganz untergetaucht rund 200 Kilogramm Wasser, abzüglich seines Eigengewichts. Plane so, dass mit Ladung und Menschen ein deutlicher Teil der Schwimmkörper über Wasser bleibt.

Stabilität: warum ein Boot kentert oder sich aufrichtet

Die Gewichtskraft greift im Schwerpunkt des Fahrzeugs samt Ladung an, der Auftrieb im Schwerpunkt des verdrängten Wassers, dem Verdrängungsschwerpunkt. In Ruhe liegen beide senkrecht übereinander. Neigt sich das Fahrzeug, entsteht ein Drehmoment, das es entweder zurückdreht oder weiter umkippt.

Das Skript von Junglas unterscheidet zwei Arten von Stabilität. Liegt der Schwerpunkt unter dem Verdrängungsschwerpunkt, ist der Körper gewichtsstabil. Bei einem Floß, auf dem Menschen stehen, liegt er aber darüber. Es bleibt trotzdem aufrecht, wenn es formstabil ist: Neigt es sich, taucht eine Seite tiefer ein, die andere hebt sich, und der Verdrängungsschwerpunkt wandert zur tieferen Seite. Den Punkt, an dem die senkrechte Linie durch den neuen Verdrängungsschwerpunkt die Mittelachse schneidet, nennt man Metazentrum. Liegt es über dem Schwerpunkt, richtet sich das Fahrzeug wieder auf.

Entscheidend ist die Breite. In der Rechnung des Skripts trägt jedes Stück der Schwimmfläche umso mehr zum aufrichtenden Moment bei, je weiter es von der Mittelachse entfernt ist – mit dem Quadrat des Abstands. Ein breites Floß oder ein breiter, flacher Kahn ist deshalb viel kippstabiler als ein schmaler Rumpf. Für die Praxis folgt daraus:

• Schwere Ladung nach unten und in die Mitte, gleichmäßig verteilt und festgebunden, damit sie nicht verrutscht.
• Im Boot sitzen, nicht stehen – wer aufsteht, hebt den gemeinsamen Schwerpunkt an.
• Nicht alle gleichzeitig auf eine Seite, auch nicht beim Ein- und Aussteigen.

Einfache Bauformen: Stammfloß, Fassfloß, Stechkahn

Beim Stammfloß liegen Stämme nebeneinander und werden mit Querhölzern und Seilen zu einer Plattform verbunden. Wie viel es trägt, zeigt die Rechnung oben; dicke Stämme aus leichtem Holz geben die meiste Reserve. Wie du Stämme ohne Maschinen bearbeitest, steht im Artikel über Holzbearbeitung ohne Maschinen, welche Knoten halten, im Artikel über Knoten und Seile.

Beim Fassfloß tragen verschlossene Fässer oder Kanister einen Rahmen aus Holz mit einem Belag darauf. Die Behälter müssen dicht sein und fest im Rahmen sitzen, denn der Auftrieb drückt sie mit voller Kraft nach oben. Ein undichter Behälter läuft voll und fällt als Schwimmkörper aus.

Der Stechkahn, in Tübingen Stocherkahn genannt, ist ein langes, breites Boot mit flachem Boden. Der breite Boden macht ihn formstabil, und weil er wenig Tiefgang hat, kommt er auch über flaches Wasser. Bewegt wird er mit einer langen Stange.

Was ein selbstgebautes Floß trägt, weißt du erst, wenn du es ausprobiert hast. Das Bundesverkehrsministerium rät, zuerst bei Tag in geschützten Gewässern Erfahrung zu sammeln. Teste also in ruhigem, flachem Wasser am Ufer, erst mit Ballast, dann mit Menschen in Rettungsweste.

Rudern, Staken und die Strömung

Beim Rudern ist der Riemen ein Hebel, der sich in der Dolle an der Bordwand dreht. Du ziehst am Griff, das Blatt drückt das Wasser nach hinten, und das Boot bewegt sich nach vorn. Wie Hebel Kraft und Weg tauschen, erklärt der Artikel über einfache Maschinen. Beim Staken stößt du eine lange Stange schräg nach hinten auf den Grund und schiebst das Fahrzeug an ihr vorwärts. Das geht nur, wo die Stange festen Grund erreicht.

Die Broschüre „Sicherheit auf dem Wasser“ empfiehlt, zwei Paddel oder Riemen an Bord zu haben. Achte auf die Wasseroberfläche: Strudel und andere Verwirbelungen deuten laut der Broschüre auf Gefahren hin, und bei Hochwasser können Leitdämme und Buhnen überspült sein. Brückenpfeiler engen das Fahrwasser ein. Kleinfahrzeuge müssen großen Schiffen den nötigen Raum lassen, und nahe am Heck eines großen Schiffs wirkt ein Sog. Halte dich von der Berufsschifffahrt fern und quere ein Fahrwasser auf dem kürzesten Weg.

Kaltes Wasser: Kälteschock, Schwimmversagen, Kentern

Der Seenotarzt Jens Kohfahl fasst in einem Fachbeitrag, den das Portal der deutschen Flaggenstaatverwaltung veröffentlicht, den IMO-Leitfaden zum Überleben in kaltem Wasser zusammen. Medizinisch gilt Wasser demnach schon ab 25 °C als kalt. Bei 15 °C und darunter löst ein Sturz sofort einen tiefen, unkontrollierbaren Atemzug von bis zu 2 bis 3 Litern aus, gefolgt von hastigem Atmen. Diese Kälteschockreaktion erreicht nach 30 Sekunden ihren Höhepunkt und kann drei bis fünf Minuten anhalten.

Wer normal bekleidet in Ruhe über eine Minute die Luft anhalten kann, schafft das in sehr kaltem Wasser nur noch weniger als zehn Sekunden. Eine Welle über dem Kopf genügt dann, um Wasser einzuatmen. Danach lassen Kraft und Geschicklichkeit rasch nach; der Beitrag beschreibt Menschen, die sich für gute Schwimmer hielten und in kaltem Wasser keine 2 bis 3 Meter weit kamen. Dieses Schwimmversagen ist laut dem Beitrag die häufigste Ursache für den Tod durch Ertrinken. Unterkühlung setzt erst frühestens nach 30 Minuten ein.

Die Broschüre des Bundesverkehrsministeriums nennt eine zweite Grenze: Gekenterte ohne Schutzkleidung können sich bei 10 °C Wassertemperatur bestenfalls noch 10 Minuten aktiv an ihrer Rettung beteiligen. Beide Quellen raten, die Kleidung im Wasser anzubehalten, weil sie isoliert. Was außerdem hilft:

• Rettungsweste tragen, nicht nur mitnehmen – auch als guter Schwimmer. Kinder und Nichtschwimmer legen sie an, bevor sie das Boot betreten.
• Die Weste soll gut sitzen und einen Schrittgurt haben, damit sie nicht über den Kopf rutscht.
• Im Wasser zuerst ruhig werden und die Atmung unter Kontrolle bringen, statt sofort loszuschwimmen.
• Nach dem Kentern am Boot bleiben und durch Rufen oder eine Trillerpfeife auf dich aufmerksam machen, nicht durch Winken.
• Nie allein los: Sag vorher jemandem, wohin du fährst und wie lange du unterwegs bist.

Rechtslage und wer zuständig ist

Auf Rhein, Mosel und Donau gelten eigene Schifffahrtspolizeiverordnungen, auf den übrigen Binnenschifffahrtsstraßen des Bundes die Binnenschifffahrtsstraßen-Ordnung (BinSchStrO). Boote, die nur mit Muskelkraft fahren, darfst du dort ohne Führerschein führen. Ein amtliches Kennzeichen brauchen Ruderboote, Kanus und Kajaks nicht. Sie müssen aber außen ihren Namen in mindestens 10 Zentimeter hohen Buchstaben tragen und dauerhaft Namen und Anschrift des Eigentümers (§ 2.02 BinSchStrO).

Ein Floß ist nach der BinSchStrO kein Fahrzeug, sondern ein Schwimmkörper. Ihn fortzubewegen gilt als Sondertransport, soweit nicht offensichtlich ausgeschlossen ist, dass er die Schifffahrt behindert oder gefährdet oder eine Anlage beschädigt. Ein Sondertransport braucht die Erlaubnis der zuständigen Behörden (§ 1.21). Nachts muss ein Schwimmkörper in Fahrt ringsum sichtbare weiße Lichter führen, genug, um seine Umrisse zu zeigen (§ 3.19).

Für Seen, Bäche und Flüsse, die keine Bundeswasserstraßen sind, gilt § 25 des Wasserhaushaltsgesetzes: Jede Person darf Gewässer so nutzen, wie es das Landesrecht als Gemeingebrauch zulässt, soweit Rechte anderer nicht entgegenstehen. Ob und wo du dort ein Boot fahren darfst, regelt also jedes Land selbst. Frag im Zweifel bei der Wasserbehörde deines Kreises oder deiner Stadt nach.