Knot

Formale Definition

Der Knoten (Symbol: kn) ist eine Geschwindigkeitseinheit, die einer nautischen Meile pro Stunde entspricht. Da die internationale nautische Meile genau 1.852 Meter definiert ist, entspricht ein Knoten 1.852 Metern pro Stunde oder ungefähr 0,51444 m/s, 1,852 km/h oder 1,15078 mph. Der Knoten ist die Standardgeschwindigkeitseinheit in der maritimen und luftfahrttechnischen Navigation weltweit.

Die Definition des Knotens ist direkt mit der nautischen Meile verbunden, die ursprünglich als eine Bogenminute der Breite auf der Erdoberfläche definiert wurde. Diese geografische Beziehung verleiht dem Knoten eine besondere Nützlichkeit in der Navigation: Ein Schiff, das mit 1 Knoten fährt, legt in einer Stunde 1 Bogenminute der Breite zurück, was die Positionsberechnung auf nautischen Karten vereinfacht.

Benennungskonvention

Der Knoten ist sowohl eine Geschwindigkeitseinheit als auch sein eigener Name — die Aussage "Knoten pro Stunde" ist falsch und überflüssig, da ein Knoten bereits nautische Meilen pro Stunde bedeutet. Die korrekte Verwendung ist einfach "Knoten": ein Schiff fährt mit "20 Knoten", nicht mit "20 Knoten pro Stunde." Dies ist eine häufige Quelle der Verwirrung unter Nicht-Seefahrern.

Der Chip Log

Das Wort "Knoten" stammt von der historischen Methode zur Messung der Geschwindigkeit eines Schiffes mit einem Chip Log (auch als Common Log bezeichnet). Dieses Gerät, das seit mindestens dem 16. Jahrhundert verwendet wird, bestand aus einem dreieckigen Holzstück (dem Chip), das an einem langen Seil mit in regelmäßigen Abständen gebundenen Knoten befestigt war. Der Chip wurde über Bord geworfen und das Seil durfte frei ablaufen. Ein Matrose zählte, wie viele Knoten während eines festen Zeitintervalls (gemessen mit einer Sanduhr) durch seine Hände gingen, und die Anzahl der Knoten gab die Geschwindigkeit des Schiffes an.

Der ursprüngliche Knotenabstand wurde so berechnet, dass die Zählung direkt die Geschwindigkeit in nautischen Meilen pro Stunde ergab. Mit einer 28-Sekunden-Sanduhr waren die Knoten ungefähr 14,4 Meter (47 Fuß 3 Zoll) voneinander entfernt. Wenn sieben Knoten in 28 Sekunden durch die Hände des Matrosen gingen, bewegte sich das Schiff mit 7 nautischen Meilen pro Stunde — 7 Knoten.

Entwicklung des Begriffs

Der Begriff "Knoten" für die Geschwindigkeitseinheit (statt des Seilmerkmals) war im 17. Jahrhundert gut etabliert. Samuel Pepys, der englische Tagebuchschreiber und Marineadministrator, dokumentierte in den 1660er Jahren die Geschwindigkeit von Schiffen in Knoten. Der Übergang von der physischen Knoten-Zählmethode zur abstrakten Geschwindigkeitseinheit war im 19. Jahrhundert abgeschlossen, obwohl Chip Logs bis ins 20. Jahrhundert als Backup-Ausrüstung verwendet wurden.

Zeitalter der Segelschiffe

Während des Zeitalters der Segelschiffe (15. bis 19. Jahrhundert) war eine genaue Geschwindigkeitsmessung für die Navigation entscheidend. Ohne GPS oder Funk waren Seeleute auf die Schätzung angewiesen — die Position wurde durch Verfolgung von Geschwindigkeit und Richtung von einem bekannten Ausgangspunkt geschätzt. Der Chip Log lieferte eine relativ genaue Geschwindigkeitsmessung, und der Knoten wurde zur universellen maritimen Geschwindigkeitseinheit unter europäischen Seefahrernationen.

Vor dem Chip Log wurde die Geschwindigkeit geschätzt, indem man beobachtete, wie Schaum oder Trümmer am Rumpf vorbeizogen — eine Methode, die "Dutchman's log" genannt wurde. Der Chip Log, der Ende des 16. Jahrhunderts eingeführt wurde (zuerst dokumentiert in William Bournes "A Regiment for the Sea" 1574), stellte eine wesentliche Verbesserung der Genauigkeit dar.

Standardisierung

Als die Navigation im 18. und 19. Jahrhundert wissenschaftlicher wurde, wurden die nautische Meile und der Knoten allmählich standardisiert. Verschiedene Länder verwendeten leicht unterschiedliche Definitionen der nautischen Meile, bis die internationale nautische Meile (1.852 Meter) 1929 vom International Hydrographic Bureau (jetzt IHO) angenommen wurde. Die Vereinigten Staaten übernahmen diese Definition 1954, und das Vereinigte Königreich 1970, wodurch der Knoten wirklich international wurde.

Übernahme durch die Luftfahrt

Als die Luftfahrt zu Beginn des 20. Jahrhunderts aufkam, wurde der Knoten für die Geschwindigkeit in der Luft übernommen, da Piloten über lange Strecken mit denselben Karten und Prinzipien wie Seeleute navigieren mussten. Die ICAO standardisierte die Verwendung von Knoten für die Luftgeschwindigkeit und nautischen Meilen für die Distanz in der internationalen Luftfahrt. Diese Konvention vereinheitlicht die maritime und luftfahrttechnische Navigation unter demselben Geschwindigkeits- und Distanzsystem.

Moderne Messung

Moderne Schiffe und Flugzeuge messen die Geschwindigkeit mit GPS, Doppler-Radar, Pitot-Rohren (Flugzeuge) und elektromagnetischen Geschwindigkeitsmessern (Schiffe). Diese Instrumente zeigen die Geschwindigkeit in Knoten an und bewahren die Kontinuität mit Jahrhunderten maritimer Tradition, während sie eine erheblich größere Genauigkeit als der ursprüngliche Chip Log erreichen.

Maritime Navigation

Jedes Handels- und Kriegsschiff sowie jede Hochseeyacht verwendet Knoten als primäre Geschwindigkeitseinheit. Containerschiffe fahren mit 12-25 Knoten. Tanker mit 10-16 Knoten. Marinezerstörer können über 30 Knoten erreichen. Flugzeugträger operieren mit über 30 Knoten. Luxuskreuzfahrtschiffe fahren mit 18-24 Knoten. Segelyachten segeln typischerweise mit 5-10 Knoten.

Luftfahrt

Alle Geschwindigkeitsanzeigen in Flugzeugen zeigen die Geschwindigkeit in Knoten an. Die Flugsicherung kommuniziert Geschwindigkeiten in Knoten. Wetterberichte für die Luftfahrt (METARs, TAFs) berichten die Windgeschwindigkeit in Knoten. Typische Luftgeschwindigkeiten: Leichtflugzeuge 90-150 Knoten, Jet-Airliner 450-550 Knoten (im Reiseflug), Militärjäger 400-1.200+ Knoten. Flugpläne berechnen die Zeit auf der Strecke unter Verwendung der Geschwindigkeit in Knoten.

Meteorologie

Internationale meteorologische Organisationen (WMO) empfehlen, die Windgeschwindigkeit in m/s oder Knoten zu berichten. Marinewettervorhersagen verwenden ausschließlich Knoten. Die Beaufort-Skala, die weit verbreitet zur Beschreibung des Seestands verwendet wird, definiert die Windgeschwindigkeiten in Knoten: Stärke 4 (mäßiger Wind) liegt bei 11-16 Knoten, Stärke 8 (Sturm) bei 34-40 Knoten und Stärke 12 (Hurrikan) bei 64+ Knoten. Sturmwarnungen und Hinweise für kleine Boote werden mit Windgeschwindigkeiten in Knoten ausgegeben.

Meeresströmungen

Ozeanographen messen die Strömungsgeschwindigkeiten in Knoten. Der Golfstrom fließt mit 1-5 Knoten, abhängig von der Lage. Der Kuroshio-Strom erreicht 2-4 Knoten. Gezeitenströmungen in Meeren und Kanälen können 10 Knoten überschreiten. Navigatoren müssen die Strömungsgeschwindigkeit in Knoten bei der Planung von Passagen berücksichtigen.

Bootfahren und Segeln

Freizeitskipper verwenden Knoten als ihre Geschwindigkeitsreferenz. Ein Segelboot bei leichtem Wind erreicht 3-5 Knoten. Ein Motorboot fährt mit 15-30 Knoten. Ein persönliches Wasserfahrzeug (Jet-Ski) kann 55-65 Knoten erreichen. Das Verständnis von Knoten ist entscheidend für die Sicherheit beim Bootfahren: Geschwindigkeit durch Wasser, Berechnungen des Kraftstoffverbrauchs und Schätzungen der Ankunftszeit verwenden alle Knoten.

Angeln

Fischer verwenden Knoten für die Geschwindigkeit beim Schleppangeln (2-8 Knoten, abhängig von der Zielart), die Strömungsgeschwindigkeit in den Fanggebieten und die Reisezeit zu den Angelgebieten. Marine-GPS-Geräte zeigen die Geschwindigkeit in Knoten an. Windvorhersagen in Knoten helfen Fischern zu entscheiden, ob die Bedingungen für ihr Fahrzeug sicher sind.

Umrechnung von Knoten

Eine nützliche Näherung für schnelle mentale Umrechnungen: 1 Knoten ≈ 1,15 mph ≈ 1,85 km/h. Für grobe Schätzungen erhöhen Sie die Knoten um etwa 15%, um mph zu erhalten. Um in km/h umzurechnen, verdoppeln Sie grob die Knoten und ziehen 10% ab. Zum Beispiel, 20 Knoten ≈ 23 mph ≈ 37 km/h.

Flugverfolgung

Bei der Verfolgung von Flügen in Apps wie Flightradar24 oder FlightAware wird die Geschwindigkeit in der Regel in Knoten angezeigt (oder von der App in km/h oder mph umgerechnet). Ein Verkehrsjet, der in 35.000 Fuß Höhe fliegt, könnte eine Geschwindigkeit von 450-550 Knoten anzeigen. Gegen- oder Rückenwinde können erhebliche Variationen verursachen.

Physikalische Ozeanographie

Messungen der Ozeanströmungen verwenden Knoten in angewandten Kontexten und m/s in Forschungsberichten. Oberflächen-Drifter-Bojen berichten Geschwindigkeiten in Knoten oder cm/s. Der Antarktische Zirkumpolarstrom, der größte Ozeanstrom, hat Durchschnittsgeschwindigkeiten von 0,5-1 Knoten. Mesoskalen-Wirbel im Ozean haben Rotationsgeschwindigkeiten von 0,5-2 Knoten.

Meeresbiologie

Die Schwimmgeschwindigkeiten von Tieren werden manchmal in Knoten für marine Arten angegeben. Ein Blauwal kann mit etwa 5 Knoten cruisen und mit 20 Knoten sprinten. Delfine schwimmen mit 10-20 Knoten. Ein Segelfisch — der schnellste Fisch — kann in kurzen Ausbrüchen etwa 60 Knoten (110 km/h) erreichen.

Schiffsarchitektur

Das Schiffsdesign verwendet Knoten als die standardisierte Geschwindigkeitseinheit. Die Rumpfgeschwindigkeit — die theoretische maximale Geschwindigkeit eines Verdrängungsschiffes — wird unter Verwendung der Wasserlinienlänge berechnet und in Knoten ausgedrückt: Rumpfgeschwindigkeit (Knoten) ≈ 1,34 × √(Wasserlinienlänge in Fuß). Die Froude-Zahl, ein dimensionsloser Parameter, der die Geschwindigkeit mit dem Widerstand durch Wellenbildung in Beziehung setzt, wird oft mit Geschwindigkeitseingaben in Knoten berechnet.

Klimawissenschaft

Die Klassifizierung der Intensität tropischer Zyklone verwendet Knoten. Die Saffir-Simpson-Skala wurde ursprünglich in Knoten definiert: Kategorie 1 (64-82 Knoten), Kategorie 2 (83-95 Knoten), Kategorie 3 (96-112 Knoten), Kategorie 4 (113-136 Knoten), Kategorie 5 (137+ Knoten). Diese Definitionen bleiben in den WMO-Hinweisen zu tropischen Zyklonen vorrangig.