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Aerodynamische Kr�fte

Wenn sich ein K�rper relativ zur Luft bewegt, dann �bt er eine Kraft auf die Luft aus, und die Luft �bt eine gleichgro�e Gegenkraft auf den K�rper aus (drittes Newtonsches Gesetz).

Die Komponente dieser Luftkraft in Richtung der anstr�menden Luft nennt man den Luftwiderstand.

Die verbleibende Komponente der Luftkraft ist senkrecht zu Anstr�mungsrichtung. Wenn sie in Gegenrichtung zum Gewicht des K�rpers wirkt, dann wird sie als Auftrieb bezeichnet. Wegen dieses Auftriebs k�nnen V�gel, Flugzeuge und auch Hubschrauber fliegen.

Beobachtungen

H�lt man eine Fl�che in den Wind, etwa eine Hand oder ein Brett, dann sp�rt man unmittelbar die Luftkraft. Man kann dabei klar den genannten Widerstand und den quer zum Wind wirkenden Auftrieb erkennen. Beide h�ngen davon ab, wie die Fl�che zum Wind geneigt ist.

Physikalische Erkl�rungen

Es gibt verschiedene M�glichkeiten, die Luftkraft und insbesondere den Auftrieb physikalisch zu erkl�ren. Hier sollen drei angesprochen werden, von denen die letzte allerdings nicht akzeptabel ist.

Auftrieb durch Druckunterschied

Str�mungsgeschwindigkeiten und Dr�cke in der Umgebung eines umstr�mten K�rpers lassen sich messen. Es zeigt sich, da� der Druck auf der R�ckseite einer geneigten Fl�che niedriger und auf der Vorderseite h�her als der Umgebungsdruck fern vom K�rper ist.

Dieser Druckunterschied multipliziert mit der Gr��e der angestr�mten Fl�che ist die Luftkraft bestehend aus Auftrieb und Widerstand.

Auftrieb durch Impuls�nderung

Wenn Luft auf eine zur Str�mungsrichtung etwas angestellte Fl�che trifft, dann �ndert sich dabei der Impuls der Luft. Senkrecht zur urspr�nglichen Richtung entsteht beobachtbar durch Umlenkung der Luft eine neue Impulskomponente. Dies geht zu Lasten der Komponente in Anstr�mrichtung und verringert sie.

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ergibt sich dadurch senkrecht zur Anstr�mung die Auftriebskraft. Die Verringerung in Anstr�mrichtung ergibt den Widerstand.

Auftrieb durch Unterschiede in der Umstr�mungsgeschwindigkeit

H�ufig wird gesagt, Tragfl�chen von Flugzeugen h�tten eine gew�lbte Oberseite und eine ebene Unterseite. Wenn nun Luft solch Profil anstr�mt, dann m�sse sie entlang der konvexen Oberseite schneller str�men als entlang der Unterseite, damit sie trotz verschieden langer Wege gleichzeitig die Hinterkante des Profils erreiche.

Mit h�herer Geschwindigkeit ist nach dem Gesetz von Bernoulli ist geringerer Druck verbunden. Dadurch entst�nde eine Druckdifferenz und somit die Auftriebskraft.

Diese Erkl�rung des Auftriebs ist aus folgenden Gr�nden nicht haltbar.

Die wenigsten Tragfl�chen von Flugzeugen haben die genannten Profile.
Selbst wenn sie so ein Profil h�tten, k�nnte man damit R�ckenflug machen.
Eine d�nne gew�lbte Fl�che kann Auftrieb erzeugen, obwohl Ober- und Unterseite gleiche L�ngen haben.
Einfache Versuche zeigen, da� bereits ein ungew�lbtes d�nnes Brett Auftrieb erzeugt, wenn man es nur etwas gegen den Wind anstellt. Ebenso k�nnen dann auch symmetrische Profile Auftrieb liefern.
Ein Gesetz, das die genannte gleichzeitige Ankunft der beteiligten Luftanteile fordert, gibt es nicht.

W�lbung ist also nicht entscheidend f�r die Entstehung von Auftrieb.

Das Bernoulli-Gesetz sagt zwar zu Recht, je gr��er die Geschwindigkeit in einer Str�mung ist, um so geringer ist der statische Druck darin. Es sagt aber nicht, ob die Geschwindigkeit die Ursache f�r den Druck oder der Druck die Ursache f�r die Geschwindigkeit ist.

Bei der Beschreibung der Auftriebsentstehung w�re es deshalb – anders als bei diesem Erkl�rungsversuch – sinnvoll zu sagen:

Ursache f�r eine erh�hte Geschwindigkeit ist ein Unterdruck auf der R�ckseite der umstr�mten Fl�che, also in ihrem Windschatten, und als Folge davon str�mt Luft zum Ausgleich dorthin.

Diese hier genannte popul�re dritte Erkl�rung des Auftriebs mag zwar beeindruckend klingen und wird deshalb wohl auch gern verwendet. Sie ist aber schlicht falsch.