Wist je dat de wind harder waait in de winter dan in de zomer? Om te begrijpen waarom gaan we het hebben over het verschil tussen windkracht en windsnelheid. Het verhaal van de schaal van Beaufort schetst een achtergrond bij deze uitleg.
Het is februari en de temperaturen zakken voorzichtig onder de nul. Menig zeiler zit met chocolademelk achter het raam te wachten op warmere tijden. Zeilen in de winter is koud, bovendien weten we allemaal dat varen in de winter risicovoller is en meer voorbereiding vereist. Onderkoeling ligt op de loer en de koufronten vliegen je om de oren. Gemiddeld waait het meer en harder in de winter. Maar ook bij eenzelfde vijftien knopen wind kan het in de winter harder waaien dan in de zomer. Hoe kan dat?
Van ‘geen vertier’ tot ‘zeilen waaien uit de lijken‘
Om te communiceren over de wind, gebruiken we de schaal van Beaufort. Sir Francis Beaufort (1774-1857) was kapitein op het fregat Woolwich van de Royal Navy. Hij voer op zijn veertiende al mee op schepen en leed schipbreuk, waardoor hij als jonge marinier bijna verdronk in de haven van Portsmouth. Deze bijna-doodervaring daagde hem uit tot zijn latere prestaties, zoals het uitwerken van een windschaal.
Tot 1840 bedachten zeelieden zelf termen voor verschillende windkrachten. Deze werden van vader op zoon doorgegeven. Ook Beaufort bedacht een eigen terminologie voor de wind. Zijn benamingen beschreven welke zeilen er konden en moesten worden gevoerd op zijn fregat bij verschillende windkrachten. Hij deelde de wind in van ‘geen vertier’ (0 Beaufort) tot ‘zeilen waaien uit de lijken’ (12 Beaufort). De eerste versie van deze windschaal gaf hij in 1831 mee aan kapitein Robert Fitzroy, de latere commandant van Beagle. (Charles Darwin maakte op Beagle zijn beroemde reis naar de Galapagoseilanden.)
Met het verdwijnen van het fregat op zee verdween ook de referentie voor Beauforts windschaal.
Pas na zijn dood kreeg zijn categorisering internationale erkenning. Een cruciale rol was hierbij weggelegd voor het toevoegen van windsnelheden. De twaalf klassen zijn nu gebaseerd op de gemiddelde windsnelheid op een hoogte van 10 meter boven de grond gedurende 10 minuten. Windkracht en windsnelheid zijn nu synoniemen in de meteorologie. Deze objectivering van wind is universeel meetbaar en bruikbaar. Toch schept het enige verwarring.
1 knoop = 1,852 km/uur…
Veel mensen raken verstrikt in de verhoudingen tussen Beaufort, kilometer per uur (km/uur) en knopen. Km/uur is een gangbare eenheid voor op het land en op de zee. Tegelijkertijd gebruikt men knopen als snelheidsaanduiding. Dit stamt af uit historische zeevaartgewoontes. Men telde per zandlopertijd het aantal gepasseerde knopen van een afrollende lijn om de snelheid te meten. Knopen en km/uur zijn eenvoudig in elkaar om te rekenen.
De koppeling met de schaal van Beaufort kan verwarrend overkomen. De stappen worden in windsnelheid steeds groter bij hogere windkracht: van 0 Bft naar 1 Bft komen er 2 knopen wind bij; van 10 naar 11 Bft maar liefst 8 knopen. Hierdoor is het onmogelijk om de schaal in beide eenheden gelijk te maken.
Windkracht of windsnelheid?
Het gebruik van windkracht en windsnelheid als synoniemen kan misschien in de meteorologie, maar niet in de natuurkunde. Hoewel we spreken van windkracht, is deze grootheid geen kracht in natuurkundige betekenis. In deze miscommunicatie tussen meteorologen en natuurkundigen schuilt het antwoord op de vraag: waarom waait winterwind harder dan zomerwind?
Als we de natuurkunde volgen, is het uitdrukken van wind in snelheid maar een deel van het verhaal. De energie (kracht) die uit wind komt heeft met luchtdichtheid te maken. Hoe hoger de dichtheid, hoe meer deeltjes (moleculen) er in een liter lucht zitten, dus hoe meer ‘botsingen’ er optreden met bijvoorbeeld het zeil. In lucht met een hoge dichtheid, zit veel kracht. In lucht met een lage dichtheid zit weinig kracht. De dichtheid van lucht hangt af van de temperatuur en luchtdruk. Dit staat in de gaswet.
De luchtdichtheid neemt toe als de luchtdruk stijgt (de lucht wordt ‘samengeperst’) of als de temperatuur daalt (de lucht ‘krimpt’). Warme lucht is hierdoor vaak lichte, dunne lucht en koude lucht is zware, dikke lucht. Zo kan wind bij dezelfde snelheid verschillen in kracht.
Een voorbeeld: als alle andere factoren constant zijn, kan bij nul graden de wind vijf procent krachtiger zijn dan bij vijftien graden Celsius. Bij extreem hoge druk en lage temperaturen, kan het verschil in kracht zelfs wel 1 Bft schelen.
Met dikke winterwind in de zeilen varen we dus in de winter harder dan in de zomer bij eenzelfde 15 knopen wind. Om op je volgende wintertocht goed voorbereid te zijn, is dit goed om mee te nemen. Ook voor zeiltrim in de wintermaanden kan je hier rekening mee houden. Niet makkelijker, wel spannender!
Omslagfoto (c) United States National Weather Service
Tags: Meteorologie, vaartips, Wind Last modified: 25 februari 2022
Knopen, zeemijlen per uur als eenheid voor snelheid, wordt hier beschreven als een oude zeevaart gewoonte. Voor wat betreft de naam ‘knopen’ klopt dat. Zeemijlen per uur, of simpelweg knopen is echter nog steeds relevant omdat ook de zeekaarten in graden en minuten worden ingedeeld en 1 minuut op de staande rand is op de meest gebruikte kaarten 1 zeemijl. Dat blijft gemakkelijk.
Overigens gebruik ik als toerzeiler nog steeds de Beaufortschaal. De windsnelheid in knopen is mooi voor wedstrijdzeilers, maar klopt vrijwel nooit met de werkelijke wind, die meestal constant fluctueert en laat, zoals gezegd de windkracht, maar ook de zeegang buiten beschouwing. Ik merk wel aan de zee, de boot en de overige omstandigheden wat voor zeil ik moet voeren.
Ik mis in dit verhaal de invloed van de luchtvochtigheid. Vochtige lucht is immers lichter dan droge lucht (H2O is lichter dat N2 en O2). De (absolute) luchtvochtigheid zal dus zeker ook zijn invloed hebben op de verhouding tussen windsnelheid en windkracht. In de winter is de lucht gemiddeld droger dan in de zomer. De absolute luchtvochtiheid is zelfs nóg lager bij de lagere temperatuur. Ook om deze reden waait het dus harder in de winter.
Knopen zijn niet zomaar een maat gebaseerd op “zeevaart gewoonten”. De knopen in de loglijn werden gericht zo aangebracht dat we een snelheid meten in zeemijlen per uur (knopen). Een zeemijl is een veel logischer maat dan de arbitraire kilometer. Een zeemijl is nl. precies een boogminuut. Als we van 52 graden in noordelijke richting naar een breedte van 53 graden varen hebben we dus precies 60 minuten = 60 mijl afgelegd.
Zag dat dit al door een collega was uitgelegd:-)
Nou ja, toch wel weer arbitrair. Hoezo 360 graden? Komt dat “tellen tot 12” weer om de hoek kijken. Een zeemijl is prima ook te definieren in een stelsel met 10 als grondtal. Wordt dan wel weer een andere lengte. Nieuwe zeekaarten.
Nieuwe zeemijl:
100 graden in een cirkel en 100 minuten per graad.
Zou er toe leiden dat een zeemijl gelijk is aan: de omtrek van de aarde (40000 gedeeld door 10000 minuten. ergo: 4 km/minuut
Zou een zeemijl opleveren van 4km
Kunnen de definitie nog prettiger maken:
Verdeel de aarde in 4 kwadranten met ieder kwadrant 10000 metische minuten.
Iedere nieuwe zeemijl is dan: 1 km.
Het tellen tot twaalf (klok en gradenboog) is een ‘handzame’ manier van tellen. Wijs met de duim de kootjes van de vingers aan en tel tot 12. Vijf vingers maal twaalf kootjes en we komen aan 60. Helaas lukt standaardiseren niet erg met de verschillende normen. Ook onze kalender is nog gebaseerd op eeuwenoude systemen/afspraken.
Ik ga uit van een Beaufort schaal die de zeeconditie aangeeft en lees aan de hand van de zeeconditie nog steeds hoeveel Beaufort het is. En niet of de bladeren van de bomen waaien, of touwtje hangt op en neer etc.!