Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

[Bernhard Wienand]

Man muss nicht wissen, wie Auftrieb entsteht, um gut fliegen zu können.
Man kann sogar an eine falsche Auftriebstheorie glauben, solange man ein gutes Gespür für seinen Flügel in der Luft hat.

Es hilft aber schon, finde ich, wenn man sich veranschaulichen kann, wie Auftrieb entsteht (und wie er verloren gehen kann).

Da immer noch falsche Vorstellungen über die Entstehung des Auftriebs kursieren, habe ich einmal versucht, die physikalischen Ursachen, nämlich die Entstehung aus der Massenträgheit der Luft, zu veranschaulichen.

Dazu das angehängte pdf, 8 Seiten mit 5 halbseitigen Bildern.

Gruß, Bernhard

PS 17.6.2015:
Aufgrund der Diskussion, siehe unten, habe ich den Text.pdf noch einmal überarbeitet und die neue Fassung hier angehängt.
Dadurch muss im nächsten Beitrag nicht nur das 5. Bild, sondern auch das 4. Bild nachgereicht werden.

[Bernhard Wienand]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Hier noch das 4. und 5. Bild.

[Willi Wombat]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Da hast du aber eine didaktisch erstklassige Arbeit vorgelegt.
Sicherlich nicht extra für das Forum oder?

Da immer noch falsche Vorstellungen über die Entstehung des Auftriebs kursieren..

Sowas darf man doch unseren Experten nicht vorwerfen!

Ich finde als Halblaie die Erklärungen anschaulich und vergleichsweise leicht verständlich.
Gerade Kapitel 1, "Das Zentrifugalkraftmodell" finde ich sehr intuitiv zugänglich.
Trotzdem muss ich zugeben, dass ich mit meiner durch 25 Jahre des Nichtgebrauchs verblassten Erinnerung an 2 Semester Strömungslehre schon mehr Arbeit investieren müsste um alles wirklich nachzuvollziehen.

Wer ist die hauptsächliche Zielgruppe?

[kerim]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Mega! Vielen Dank. Wirklich anschaulich dargestellt.

[Bernhard Wienand]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Hallo Willi,

die Suche nach einer anschaulichen Erklärung für den Auftrieb begann mit einer Diskussion mit Jan Peter Apel 2010.
Dort kam mir die Idee mit dem Krümmungsradius und der Zentrifugalkraft, mit der ich aber zunächst weder den Modellbauer und Programmierer Frank Ranis noch im RC-Network-Forum überzeugen konnte.

Auch ich habe mal Strömungslehre gelernt, Luft- und Raumfahrttechnik 1970 in Berlin, aber leider nie mit dieser Ausbildung beruflich gearbeitet.

Im Zusammenhang mit dem Drachenbau habe ich dann begonnen, Fachbücher zu lesen (Dubs, Prandtl, Schlichting-Truckenbrock, Oertel, Nickel-Wohlfahrt ...), in denen einem die Mathematik nur so um die Ohren fliegt (abgesehen vom Dubs).

Eine Bestätigung für die anschauliche Darstellung durch die Zentrifugalkraft fand ich dann im Youtube-Vortrag von Jörn Loviscach, auf den hier hingewiesen wurde

http://www.gleitschirmdrachenforum.de/showthread.php/27467-Aerodynamik-Lehrbeiträge-filme?p=428425&viewfull=1#post428425

Das motivierte mich dann zu einer Ausarbeitung.

Habe dies erst einmal für mich gemacht, möchte es aber hiermit allen Piloten, die sich für Aerodynamik interessieren, zur Verfügung stellen.
Eine Veröffentlichung einer Kurzfassung im DHV-Info kam wegen zu kleiner Zielgruppe nicht in Frage.

Übrigens hat mich Robert Pumadompteur auf einen kleinen Tippfehler hingewiesen:
Die Dichte der Luft hat natürlich die Dimension bzw. Einheit kg/m³ (nicht kg/m²).

Werde bei nächster Gelegenheit (bin grad unterwegs) ein korrigiertes File einstellen.

Auch würden mich weitere Hinweise auf Verständnisschwierigkeiten und Fehler interessieren.

Ein Luftpaket sich als feste Masse vorzustellen, ist wohl erst einmal nicht schwierig.
Durch ihre Fließeigenschaft (Fluid) entstehen aber Seiteneffekte, was die Sache dann etwas komplizierter macht.

Gruß, Bernhard

[RatzFatz]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Könntest du nicht auch ein paar falsche Auftriebstheorien, zur Veranschaulichung,
dazu posten.

lg

[Bernhard Wienand]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Was mir an falschen Theorien bzw. Anschauungen spontan einfällt:

• Durch den längeren Weg über die Oberseite des Flügelprofils dünnt sich die Luft dort aus, so dass dort Unterdruck entsteht.
  Noch selbst gelernt aus dem damaligen Lehrbuch und im Theorieunterricht 1997. Hier wird implizit angenommen, dass die Luft hinten wieder gleichzeitig ankommen muss.
• Durch den längeren Weg über die Oberseite des Flügelprofils muss die Luft dort schneller strömen. Aufgrund von Bernoulli entsteht dort Unterdruck. Auch hier wird implizit angenommen, dass die Luft hinten wieder gleichzeitig ankommen muss.
• Um den Flügel bildet sich eine 'Zirkulationsströmung', unten gegen und oben mit der Strömung. Dadurch strömt die Luft oben schneller, unten langsamer. Aufgrund von Bernoulli entsteht unten Überdruck, oben Unterdruck. Als Beleg für die Zirkulationsströmung wird meist der Magnus-Effekt angeführt: Ein angeströmter rotierender Zylinder erzeugt Auftrieb.

Wer mehr wissen möchte, schaue hier

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html

oder hier

http://www.flugtheorie.de/AUFTRIEB.HTM

Gruß, Bernhard

[soundglider]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Was mir an falschen Theorien bzw. Anschauungen spontan einfällt:
oder hier

http://www.flugtheorie.de/AUFTRIEB.HTM

Den Link meintest du als falsche Theorie, hoffe ich?

Wie auch immer. Ich finde dein makrophysikalisches Anschauungsmodell mit der Zentripetalkraft schön, um das Prinzip mit einfachen Formeln darzustellen. Ich würde allerdings den Begriff Massenträgheit in die zwei Begriffe Massen- und Impulserhaltung aufteilen.

Wer sich für einen noch fundamentaleren Ansatz interessiert und folgendes noch nicht kennt, findet dies vielleicht noch interessant (komplett ohne Formeln, aber physikalisch zu 100% korrekt!): https://drive.google.com/file/d/0B7Y...ew?usp=sharing

PS: Damit klinke ich mich aus der Diskussion schon wieder aus, das Thema wurde schon zu oft durchgekaut

[Willi Wombat]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Das Thema kann man doch gar nicht genügend oft durchkauen.

Dein Erklärungsansatz ist auch super Sebastian.
Hier finde ich vor allem sehr anschaulich, wie du die verschiedenen Fachbegriffe aus immer dem selben Modell der Teilchenwolke herleitest.

Ich hätte mir gewünscht, in Schule und Studium wären hin und wieder, auch zwischendurch, solche entspannten Erklärungen vorgekommen um die im freien Raum schwebende halbverstanden eingetrichterte Buchweisheit einzunorden.

[SoaringErnie]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Hallo,
sicher sehr fundiert.
Ich kann den Ausführungen leider nicht folgen, mein Physikunterricht ist leider schon über 40 Jahre her. Die früheren Erklärungen waren einfach und für einen Laien verständlich. Gibt es auch ein Übersetzung für Nicht-Naturwissenschaftler?


LG

Ernst

[seidenschwan]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Hallo,
sicher sehr fundiert.
........Gibt es auch ein Übersetzung für Nicht-Naturwissenschaftler?


LG

Ernst

Na ja, Ohne die Wissenschaftlich fundierte Arbeit von Bernhard Wienand schmälern zu wollen. Höchst Professionell.

Ironiemodus an...

Aber von einfacher Erklärung Welten weit weg. ich glaube ja immer noch dass ich - hätte ich das nötige Physik Fachwissen- auch erklären könnte warum ein Tisch auf dem Boden steht.

Verantwortlich hierfür sind meines Wissens die 4 Grundkräfte der Physik die Abstoßungskraft ich glaube eine der Starken Kernkräfte und die Anziehungskraft eine der schwachen Kräfte. Hierbei muss natürlich ein Gleichgewicht bestehen weil sonst der Tisch entweder im Boden versinken oder davonschweben würde.

Da kann man sicher auch eine Rechnung erstellen mit Formeln wie M für Masse und C für Lichtgeschwindigkeit. Natürlich darf dann bestimmt auch die Erdbeschleunigung nicht fehlen und Gravitation geht noch mit rein---- geht sicher mit rein. Das Ganze kann man dann Anschaulich mit Grafiken untermauern... so lange bis nur noch Promovierte Zeitgenossen den Überblick haben..... halbwegs
Ironiemodus aus

Ich denke das hier bringt es einfach auf den Punkt:

http://www.alpspitzflieger.de/AerodynamikHEW.pdf

und das

http://www.gleitschirmdrachenforum.de/showthread.php/27467-Aerodynamik-Lehrbeitr%C3%A4ge-filme?p=428780&viewfull=1#post428780

Johann

[Willi Wombat]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Ich denke das hier bringt es einfach auf den Punkt:
http://www.alpspitzflieger.de/AerodynamikHEW.pdf

Zuerst dachte ich: Was ist das denn für ein verschwurbeltes Gesülze?
Aber dann in der letzten Zeile kam die Erkenntnis: Autor Harald E. Wolf ! Einfach auf den Punkt gebracht

[DonP]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Danke fürs teilen, die zentrifugalidee ist ein spannender ansatz für eine vereinfachte erklärung.

der HEW artikel ist auch sehr lesenswert - aber nur für jene die über sich selbst lachen können ,-)

danke - ist eh viel zu selten das (strömungs)physik mit dem notwendigen unernst betrachtet wird.

Paul, www.schnellcraft.com

PS: Viele Menschen glauben Sie haben kontrolle über ihren geist und körper, gehen dann schlafen und wachen wieder auf ,-)

[bigben]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Sehr schönes Video zum Thema, sehr anschaulich erklärt, die aber auch deutlich macht, dass es eben nicht so einfach zu sein schein zu erklären, warum ein Flugzeug fliegt.

https://www.youtube.com/watch?v=AYJyYf63qFg

Gruß bigben

[Bernhard Wienand]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Mich würde schon noch interessieren, wo die Verständnisschwierigkeiten beginnen und was früher so schön einfach war.

Wer's nämlich richtig kompliziert haben möchte, vollziehe die Herleitung der Navier-Stokes-Gleichungen nach.
Wer's ganz einfach haben möchte, nehme einfach freudig zur Kenntnis, dass es Auftrieb gibt.
Wie gesagt, wir können auch gut fliegen, ohne die Wirkungsweisen des Auftriebs zu kennen.

Aber bitte keine falschen Erklärungen weiter im Umlauf halten, nur weil sie so einfach, so eingängig sind.
Dabei ist natürlich andererseits Kompliziertheit kein Merkmal für Richtigkeit.

Es ist eben auch nicht immer leicht, physikalische Zusammenhänge, oder besser gesagt, Wirkungsweisen der Natur einfach zu beschreiben, ohne durch die Vergröberungen zu verfälschen.

Und Auftrieb dadurch zu erklären, dass die Hand Auftrieb erfährt, wenn man sie in den Fahrtwind hält, ist für mich keine Erklärung.

Oft ist es auch nur eine Sache der Gewohnheit und Konvention, was als richtig gilt.
Heute glaubt z.B. kaum noch jemand, dass der Sonnengott im Orkus untergeht und aus ihm wieder aufsteigt bzw. die Sonne um die Erde kreist. Und ist die Vorstellung, die Erde kreist um die Sonne, schwierig? Ist vielleicht auch sie falsch?
Und außerdem, die Sonne geht sowieso auf und unter, egal welche Vorstellung wir uns davon machen.

Habe versucht, mich auf Begriffe zu beschränken, die jeder aus eigener Erfahrung kennt, wie u.A. Masse, Massenträgheit, Zentrifugalkraft etc. Oder erwarte ich da schon zu viel?

Übrigens ist die Kraft aus der umgelenkten Luftmasse schon die Zentrifugalkraft.
Die Zentripetalkraft ist die Gegenkraft. Sie ist beim Fliegen unser Gewicht.

Abschließend nochmals meine Bitte, wo liegen konkret Verständnisschwierigkeiten, damit man es noch besser ausdrücken kann?

Gruß, Bernhard