Staudruck Fläche Geschwindigkeit?
Hallo!
Wenn man eine Fläche z. B. die Hand oder ein Brett unter Wasser bewegt, wirkt dann bei doppelter Geschwindigkeit der doppelte oder der vierfache Druck auf den Körper zurück?
Lg
3 Antworten
Die Widerstandskraft steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit.
Ob das 1:1 aufs Kraulen übertragen werden kann, weiß ich nicht. Denn es gibt zwar die Vorstellung, man würde sich am Wasser abstoßen, also sozusagen Staudruck erzeugen, aber tatsächlich sind es Strömungsvorgänge um die Hand, die den Vortrieb erzeugen.
Was ist der Unterschied ob man die Hand oder ein Brett durchs Wasser zieht?
Aerodynamisch gesehen gibts keinen Unterschied und deshalb gilt für beide, dass da nicht einfach Staudruck mal Fläche als wirkende Kraft gerechnet werden kann.
Na aber dann gilt auch doppelte Geschwindigkeit zu vierfacher Kraft nach vorne bei der Hand?
Mit der aus dem Energieerhaltungssatz abgeleiteten Bernoulligleichung für den Staudruck kommt man bei hydrodanamischen Vorgängen leider nicht weit. Nach der wäre der Staudruck porportional zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit.
Zur Berechnung der erzeugten Kraft durch die kraulende Hand müssen die Navier-Stokes-Gleichungen herangezogen werden. Aber auch die sind nur Näherungen und in der Praxis wegen ihrer Nichtlinearität oft nicht theoretisch lösbar. Das Problem tritt besonders dann auf, wenn keine laminare sondern eine turbulente Strömung um die Hand auftritt, weil sich dann je nach Geschwindigkeit ganz unterschiedliche Wirbelmuster ausbilden können, die den jeweiligen cw-Wert stark beeinflussen. Durch die innere Reibung innerhalb der Wirbel ergeben sich auch entsprechende unterschiedliche Einflüsse auf die Kraft- und Energieübertragung an der Hand.
Letztlich bleibt einem nicht viel anderes übrig, als in Versuchen den cw-Wert in Anhängigkeit von der Reynoldszahl zu ermitteln und damit dann zu rechnen.
Die Staudruckgleichung ist das mit Fw = 0,5 x Cw x a x phi x v2? Wurde die von Bernoulli aufgestellt? Warum stimmt das nicht bei der Kraulbewegung? Wann stimmt diese Gleichung und wie wäre ein gerechnetes Beispiel dafür?
Wie lautet die Stokes Gleichung?
Treten bei der Kraulbewegung beide Formen von Strömungen auf?
Wenn das man alles so einfach wäre....
Habe hier mal eine wissenschaftliche Untersuchung zu dem Thema herausgesucht, aus der sich ergibt, dass sich diejenigen, die sich mit der Schwimmphysik beschäftigen, offensichtlich selber nicht ganz im Klaren sind, was da nun konkret passiert.
Was man auf jeden Fall sagen kann: je schneller die Hand bei gleicher Technik durchs Wasser gezogen wird, umso stärker ist der Vortrieb. Aber dass der Zusammenhang quadratisch ist, das ist wohl zweifelhaft bei der Komplexität des ganzen Vorganges.
Man könnte auf seinen Körper hören und erspüren ob die Muskeln quadratisch viel belastet werden!
Das dürfte allerdings auch nicht wirklich exakt sein. Da wirds wohl schon Schwierigkeiten geben, zwischen der einfachen und der doppelten Zuggeschwindigkeit korrekt zu unterscheiden. Dass bei schnellerem Durchziehen mehr Kraft erforderlich ist, ist ja unzweifelhaft und spürt jeder. Aber intuitiv auch den korrekten mathematischen Zusammenhang zu erkennen, dürfte wohl unmöglich sein.
Das Thema ist sehr komplex sehe ich, aber ich finde es interessant.
Dein Artikel beschreibt, dass die wirkenden Widerstandskräfte, welche den meisten Vortrieb erzeugen, am höchsten sind bei Arme gerade nach unten nach hinten ziehen.
Ist der hydrodynamische Auftrieb am Anfang der Armbewegung also nur notwendig um die Wasserlage gut zu halten, damit die Füße nicht absinken?
Was genau ist überhaupt die Hubkraft? Wirkt die nach vorne und warum ist die höher bei 45 Grad Armwinkel?
Gilt für die Druckbewegung nach hinten die Formel mit Fw = 0,5 x Cw x a x phi x v2?
Also zunächst mal ist das ganze eben doch so kompliziert, dass es mit einer einfachen Formel nicht beschrieben werden kann. Das ist ein generelles Problem der Strömungslehre, dass viele Vorgänge aufgrund der turbulenten Vorgänge mathematisch kaum exakt erfasst werden können und deshalb nur Versuche in einem Strömungskanal zu guten Ergebnissen führen.
Der Anfang der Armbewegung wird nicht deshalb so gemacht, weil er optimal ist, sondern weil die Konstruktion der Arme durch die Evolution nicht speziell fürs crawlen optimiert wurde und durch die Konstruktion gewisse Bewegungsabläufe einfach vorgegeben sind. Da kann man dann nur versuchen, innerhalb der eigentlich ungeeigneten Anatomie das Optimum zu finden.
Unter Hub wird in dem Artikel offensichtlich die hydrodynamische Auftriebskraft durch die Umströmung der Hand verstanden. Das würde dem Auftrieb an einem Flügelprofil entsprechen und auch hier kommt man eigentlich nur noch mit Versuchen und kaum mit Berechnungen zu Ergebnissen.
Untersucht die Strömungslehre Bewegungen von Körpern in Medien wie Wasser?
Treten beim Schwimmen gemischt laminare und turbulente Strömungen auf?
Ich dachte turbulente treten erst bei hohen Geschwindigkeiten auf?
Was ist mathematisch betrachtet der Unterschied? Laminare kann man als Druck auf die Fläche betrachten?
Habe gerade getestet die Hand durch das Wasser zu ziehen und glaube schon dass bei hoher Geschwindigkeit viel stärkerer Druck aufgebaut wird! Kann es auch sein, dass bei einer hohen Zuggeschwindigkeit viel Energie ans Wasser abgegeben wird, wodurch im Gegensatz zum Auto die Drehzahl bzw. Tempozahl zur Leistungsverbesserung herangezogen werden sollte?
Die Strömungslehre untersucht grundsätzlich Fluide. Das sind kompressible Fluide (Aerodynamik), also Gase und inkompressible Fluide (Hydrodynamik), also Flüssigkeiten. Speziell im Schiffsbau spielt die Hydrodynamik natürlich eine große Rolle.
Ob eine Strömung laminar oder turbulent ist, hängt von der Reynoldszahl ab. Bei der turbulenten Strömung kommen vor allem Energieverluste durch Wirbelbildung hinzu.
Es ist schon so, dass bei höherer Strömungsgeschwindigkeit auch der Widerstand zunimmt, daran gibt es keinen Zweifel. Aber der Zusammenhang ist in der Regel weder linear noch rein quadratisch, da sich bei jeder Geschwindigkeit andere Wirbelmuster einstellen, sodass der Zusammenhang irgendwie ist. Hier wäre ein Beispiel für den Widerstand einer Kugel:
https://de.wikipedia.org/wiki/Str%C3%B6mungswiderstand#/media/File:Kugel-Reynolds.png
Letztlich kommt es tatsächlich auch nicht unbedingt auf die Kraft, sondern meistens auf den Wirkungsgrad der Energieübertagung an.
Man möchte ja eine maximale Geschwindigkeit im Wasser haben.
Gibt es beim Schwimmen schon turbulente Strömungen oder kann man das nun gar nicht sagen? Und wenn wie verhindert man diese?
Bedeutet Energie Übertragung dass die mit der Hand erzeugte Gegenkraft in die Schwimmergeschwindigkeit geht und nicht etwa in die Wellen im Wasser?
Das heißt man bräuchte die Re-Zahl um festzustellen ob beim Ziehen der Hand turbulente Strömungen auftreten, die ja besser wären, weil sonst die Energie ja nur in die Beschleunigung der Hand nach hinten geht?
Wann gilt die Formel mit dem Fw = 0,5 x Cw x a x phi x v2? Von wem ist diese Formel und gilt die nur bei laminaren Strömungen, weil es bei turbulenten an den Parametern scheitert?
Kannst du ein Beispiel vorrechnen mit einem Schwimmer und seinem Fw abhängig von v?
Wann gilt die Formel mit dem Fw = 0,5 x Cw x a x phi x v2?
Die Formel gilt für den Strömungswiderstand eines Einschichtfahrzeuges. Einschicht.. meint dabei, es gibt nur ein Medium, das diesen Körper umströmt und Fw ist immer in Bewegungsrichtung gerichtet. Das Problem in der Formel: cw kommt zwar als Konstante daher, ist aber genaugenommen nur innerhalb gewisser Grenzen konstant. Sie ändert sich aber mit der Reynoldszahl. Autos bewegen sich in so einem Geschwindigkeitsbereich, dass man hier tatsächlich mit hinreichender Genauigkeit rechnen kann.
Letztlich kannst du mit obiger Formel grobe Näherungswerte ermitteln oder z.B. grob verschiedenen Fahrzeuge vergleichen. Letztlich ist es eine Frage, welchen Fehler du bereit bist, zu akzeptieren. Wenns aber um die letzte Optimierung im Prozentbereich geht oder sehr genaue Berechnungen, versagt sie. Diu kannst auch, wenn du unbedingt willst, aus der Formel durchaus die Aussage herleiten: "Der Widerstand der durch das Wasser pfügenden Hand ist in grober Näherung quadratisch zum Quadrat der Geschwindigkeit".
Bezogen auf den Schwimmer ist dieser aber ein Zweischichtfahrzeug. Hier erzeugt den größten Widerstand die Wellenbildung in der Grenzschicht zwischen Luft und Wasser. Da kann obige Formel nicht angewendet werden und deshalb kann ich da auch nichts vorrechnen. Letztlich läuft es auch bei einem Schwimmer darauf hinaus, siehe auch den neulich verlinkten Artikel, dass man um Versuche in einem Strömungskanal nicht herumkommt. Deshalb haben z.B. die Olympiastützpunkte fürs Schwimmen hochmoderne Strömungskanäle mit empfindlichen Messgeräten und keine Großrechner, um die Leistung der Schwimmer zu optimieren.
Bei der Hand kann man diese Formel auch nicht einfach so anwenden, da diese in ganz unterschiedlichen Winkeln durch das Wasser pflügt und teils wie eine Tragfläche arbeitet. Auch hier kommt man letztlich
Insgesamt kann ich dir sagen, dass Strömungslehre eine äußerst komplizierte Angelegenheit ist, die im Allgemeinen unter Studenten deshalb auch nur wenige Freunde, aber viele Gestresste findet.
Bei mir lag sie so in etwa in der Mitte. Gehasst habe ich sie nicht, da ich sowieso den theoretisch/abstrakten Fächern wie auch Mathematik oder Thermodynamik gegenüber sehr aufgeschlossen war.
Weil du sagst die Formel stimmt ungefähr beim Durchziehen der Hand:
Wenn nun der Widerstand mit der Geschwindigkeit der Hand steigt egal ob linear oder quadratisch, ist das doch immer besser oder? Weil die Kraft nach hinten zur selben Kraft nach vorne führt hier? Oder erwärmt man das Wasser wenn man schneller durchzieht?
Und sollte man die Hand parallel zur Schulter bzw. vorne halten, leicht drehen oder eine spezielle Form nehmen?
Na klar, je stärker du ziehst und das am besten in einer Haltung, um den Kraftaufwand optimal auch in Vortrieb umzusetzen, kommst du auch schneller voran. Die Frage ist dann halt, wie lange du das durchhälst. Wenn du das richtig gut machst, kannst du dich bei Olympia bewerben. ;-)
Was die optimale Haltung ist, musst du einen kompetenten Schwimmlehrer fragen, die wissen das aus Erfahrung. Oder du liest entsprechende sportwissenschaftliche Veröffentlichungen.
Was ist der Unterschied zwischen Hubkraft und Widerstandskraft? Warum war man früher der Meinung der S-Zug wäre besser, weil er mehr Auftrieb erzeugt? Was bringt die Hubkraft? Man will ja nach vorne und nicht nach oben?
In dem Artikel zur Schwimmtechnik wird als Widerstandskraft die Kraft bezeichnet, die auf der Innenseite der Handfläche (sozusagen durch Staudruck) entsteht und als Hubkraft die Kraft, die auf dem Handrücken (sozusagen durch hydrodynamischen Auftrieb) entsteht. Das hat mit oben und unten zunächst nichts zu tun.
Dass es unterschiedliche Meinungen gibt/gab, liegt eben daran, dass die Sache so kompliziert ist und mit reinen Überlegungen oder Berechnungen nicht zu lösen ist.
Das heißt ein Propeller mit 45 Grad Winkel erzeugt eher hydrodynamische Kraft und ein Körper der senkrecht zur Ströumg ist erzeugt eher Staukraft?
Funktioniert die Staukraftt Überdruck hinten und die hydrodynamische Kraft mit Sog nach vorne so ungefähr?
Ja, ein Propeller arbeitet ausschließlich mit der hydrodynamischen Kraft, indem er durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auf seiner Vorderseite einen starken Unterdruck erzeugt, sodass bildlich gesprochen der Propeller sozusagen nicht schiebt sondern eher zieht. Welchen Anstellwinkel er optimalerweise hat, hängt von der Vektoraddition seiner Rotationsgeschwindigkeit und der damit erzeugten Fahrtgeschwindigkeit ab. Der optimale Anströmwinkel der Vorderkante des Propellers liegt irgendwo zwischen 10° und 15°.
Früher dachte man bei den rechteckigen Segeln der Segelschiffe, der Wind würde sich darin stauen und demenstprechend die Segel und das Schiff wegschieben. Aber auch das hat sich bei genaueren Untersuchungen als Irrtum herausgestellt. Tatsächlich ist es so, dass der Wind an den Kanten der Segel vorbeiströmt und auf deren Vorderseite dann beschleunigt wird. Diese Beschleunigung erzeugt einen Unterdruck sodass selbst rechteckige Segel, die quer zum Wind stehen, in erster Linie gezogen und nicht geschoben werden. Das Verhältnis ist in etwa 2/3 Sog (beim Schwimmen Hubkraft genannt) und 1/3 Schub. Das erklärt auch, warum man bei Rahsegeln (den alten rechteckigen) dann, wenn der Wind genau von hinten kommt, nicht dann am schnellsten segelt, wenn sie genau quer zum Wind stehen (das wäre bei der Stau-Theorie der Fall), sondern dann, wenn man sie leicht schräg stellt, sodass der Wind auf der Vorderseite schneller und mit weniger Wirbeln strömen kann.
Also drückt der Propeller die Luft zur Seite, dann ist vorne ein Unterdruck und diese zieht dann den Propeller selbst nach vorne?
Ich denke die sollten beim Schwimmen von hydrodyn. Antrieb sprechen, das Wort Auftrieb hat mich verwirrt.
Der Propeler zwingt die Luft, ihn zu umströmen und da er vorne gewölbt ist, wird die Luft/das Wasser dabei beschleunigt. Das erzeugt den Unterdruck und dieses Phänomen nennt man aerodynamischen bzw- hydrostatischen Auftrieb.
Also heißt es beim Schwimmen zwar Auftrieb, hat aber auf Grund der Richtung der Arme nach vorne eine antreibende Wirkung und keine hochdrückende?
Also beruhen alle Sachen wie Segeln oder Flugzeug oder Propeller auf demselben Prinzip?
Warum muss die Form so eine Sichel sein und kein Halbkreis?
Warum hat ein Propeller dann zwei oder mehr Flügel?
Blöd Frage vielleicht, aber hängt diese hydrostatische Auftrieb damit zusammen, dass auf Grund der Form die Dichte der Wassermoleküle verändert wird und es sich um dasselbe Phänomen handelt wie heiße Luft, die aufsteigt?
Ja, alle diese Strömungseffekte basieren auf demselben Prinzip, dem sogenannten Bernoulli-Effekt. Der sagt aus, dass in einem Fluid, das beschleunigt wird, der Druck absinkt. Das hat mit dem Energieerhaltungssatz zu tun. Was das Fluid (Gase und Flüssigkeiten) an kinetischer Energie gewinnt, verliert es an Druckenergie.
In der Physik gibt es immer wieder Fälle, in denen das Gegenteil von dem passiert, was man eigentlich erwarten würde. Klassische Beispiele sind die Quantenmechanik, die Relativitätstheorie oder die Kreiselgesetze. Auch der Bernoulli-Effekt gehört dazu. Mein Professor ließ dann regelmäßig die Bemerkung fallen: "Da staunt der Laie und der Fachmann wundert sich.".
Es gibt aber einen ganz einfachen Hausversuch, mit dem man den Bernoulli-Effekt sichtbar machen kann. Nimm in jede Hand zwischen Daumen und Zeigefinger ein Blatt Papier und halte sie so, dass sie in einem Abstand von rund 3 - 5 cm parallel senkrecht nach unten zeigen. Nun drehst du beide Hände um 90° nach außen, sodass oben eine Art Trichterform entsteht. Wichtig dabei ist, dass ein sich verengender Querschnitt gebildet wird, indem die Luft beschleunigt wird. Nun pustest du leicht in die Öffnung des Trichters hinein. Normalerweise würde man nun erwarten, dass die beiden Blätter dadurch auseinandergedrückt werden. Bernoulli macht aber das genaue Gegenteil, die Blätter saugen sich gegenseitig an. Da geht deine Vorstellung nicht daneben, denn sinkender Druck bedeutet auch abnehmende Dichte.
Alle Forme, die diesen Bernoulli-Effekt ausnutzen, versuchen eine größtmögliche Beschleunigung des Fluids zu erreichen und das geht am Besten mit einer Art Sichelform oder Tragflächenform. Die effektivste Form ist aber bei jedem Anwendungsfall unterschiedlich und diese zu finden ist eine große Kunst und hängt häufig mit vielen Experimenten zusammen, weil sich da nicht alles genau berechnen lässt.
Der Unterdruck auf der gewölbten Seite des Profils wird im Allgemeinen als Auftriebsseite bezeichnet, egal in welche Richtung sie tatsächlich zeigt.
Propeller, egal ob für Flugzeuge oder Schiffe, müssen immer radialsymetrisch sein, damit es beim Drehen keine Unwucht gibt. Die Anzahl der Propellerblätter ist wiederum vom jedem einzelnen Fall abhängig und die optimale Anzahl zu finden, ist ebenfalls wiederum eine Aufgabe der Strömungstechniker. Dabei können auch recht skurrile Formen rauskommen, wie z.B. bei einem Ubootpropeller, der auf minimale Geräuschentwicklung hin optimiert ist:
Weil die Konstruktion und Herstellung optimaler Schiffspropeller so kompliziert und schwierig ist, gibt es weltweit auch nur wenige Firmen, die das können. Hier ist Deutschland Weltmarktführer und selbst die Asiaten kaufen bei uns ein, siehe hier:
Als die ersten Schiffsschrauben gebaut wurde, hatte man tatsächlich noch die Vorstellung, die würden sich am Wasser abstoßen und durch das Wasser schrauben, wie eine klassische Schraube in Holz. So sahen sie dann auch aus und damals haben sie auch ihre Bezeichnung Schiffssschraube erhalten. Heute weiß man, dass eine Schiffsschraube ganz anders funktioniert, nämlich nach dem Bernoulli-Prinzip. Fachleute sprechen daher auch nicht mehr von Schrauben sondern von Propellern. In der Alltaggsprache hat sich allerdings der Begriff Schiffsschraube nach wie vor gehalten.
Sehr nahe einem "echten Propeller" kommen z.B. die Propeller von Schnellbooten. Diese müssen klein bauen, weil einfach nicht mehr Platz unterm Schiff ist, aber dennoch enorm hohe Leistungen übertragen. Daher haben die Drehzahlen von über 700 min^-1, was wirklich extrem viel ist. Hier ein Beispiel:
Danke Hamburger für deine Ausdauer...
Ich drohe mich auch zu verheddern. Ist wirklich nicht einfach.
Mein Kommentar von soeben zu meiner Antwort auf Fragestellers Nachfrage zieht noch die Analogie zur übrigen Biologie.
Ich kann's auch nicht näher begründen.
Die Kraft durch den Strömungswiderstand steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit.
Zu deiner Schwimm/Crawl-Nachfrage (ich kraule die Katze, nicht Wasser).
Ich würde sagen nein (schnell ziehen ist nicht besser als eine grosse Handfläche).
Denn wenn die Kraft quadratisch steigt, dann steigt die dazu nötige Leistung sogar mit der dritten Potenz! Bei höherer Zieh-Geschwindigkeit steigt der Aufwand für einen Schwimmer also extrem überproportional.
Deshalb ist wohl eher jener im Vorteil, der grosse Handflächen hat oder sie zu einer hydrodynamisch schlauen Form formen kann (Turbinenschaufel).
Und wieso? Die Kraft die durch den Wasserdruck aufgebajt wird ist gleich der Kraft die nach vorne wirkt?
Angenommen die Muskeln spielen mit ist es doch besser die Kraft nach vorne zu maximieren anstelle der Tempofrequenz, wo man aus dem.Wasser auch raus muss?
Es geht ja beim zurückschieben mit doppelter Geschwindigkeit keine Beschleunigungsleistung verloren oder nimmt das Wasser dann verhältnismäßig viel Energie auf?
Deine Überlegung hat was.
Aber irgendwas in mir sträubt sich gewaltig gegen diese Erkenntnis. Ich suche nach analogen Beispielen aus Biologie oder Technik.
Flügelschlagfrequenz eine Biene im Verhältnis zur Flügelfläche und Frequenz.
Dagegen ein Schwan oder Adler mit seiner Wahnsinnsspannweite und der langsamen Frequenz... Das hätte doch die Evolution sonst anders gelöst...
Kannst du mir helfen?
Na dann habe ich doch eh recht?
Weniger kräftige Tempos.
Hatten wir doch beim Auto auch, dass man die Leistung aus der Füllung holen soll und dann aus der Drehzahl wenn man noch mehr braucht?
Ich denke man muss zwei Fragen erörtern grundsätzlich: Wie erreiche ich mit meinem Körper die gewünschte, hier maximale Geschwindigkeit im Medium und wie erreiche ich die günstigsten Leistungsverhältnisse bzw. wie bewege ich mich um die stärksten Muskeln möglichst effektiv zu belasten?
Wenn man die maximale Geschwindigkeit möchte, so braucht man die maximale Leistung bei minimaler Bremsleistung, wodurch man so viele effektive Tempos wie möglich pro Sekunde machen sollte.
Wenn aber auch dein Einwand, also die begrenzte Muskelenergie zur Diskussion steht, dann sollte man mit dieser sparsamer umgehen und über die Effektivität noch mehr nachdenken.
Wenn die Leistung mit x^3 steigt ist das ja egal, weil auch die Kraft nach vorne mit x^2 steigen und der Weg über v auch um x. Man braucht doch dann mehr Power, hat aber auch mehr Power? Will man doch!
Ich denke man muss zwei Fragen erörtern grundsätzlich: Wie erreiche ich mit meinem Körper die gewünschte, hier maximale Geschwindigkeit im Medium und wie erreiche ich die günstigsten Leistungsverhältnisse bzw. wie bewege ich mich um die stärksten Muskeln möglichst effektiv zu belasten?
Schwimmen an der Wasseroberfläche habe ich immer gehasst und kann da auch nicht viel zur optimalen Technik beim crawlen sagen. Da habe ich mir regelmäßig einen abgequält.
Als Marinetaucher habe ich mich allerdings zur Fortbewegung unter Wasser mit deiner Frage intensiv beschäftigt. Und wenn ich Taucher im Fernsehen sehe, egal ob nun Hobbytaucher oder Unterwasserfilmer und andere, kriege ich jedesmal Zustände über deren katastrophale Schwimmtechnik. Mindestens 95% holen den Flossenschlag aus den Knien. Da wird der Unterschenkel immer wild abgeknickt. Damit kommt die Kraft aber hauptsächlich aus den Waden und dem vorderen Oberschenkelmuskel und das sind nicht die Stärksten. Lässt man dagegen das Bein fast steif, winkelt es also nicht ab und schwimmt aus der Hüfte heraus, holt man die Kraft für den Flossenschlag aus dem Sitzmuskel sowie den Rücken und Bauchmuskeln und die sind viel kräftiger. Da erreicht man fast die doppelte Geschwindigkeit und kann auch deutlich längere Strecken tauchen.
Schreiben wir hier weiter weil oben schon so viele Kommentare sind!
Angenommen ein Flugzeug startet.
Dann ist anfangs die Luft vom Druck her ausgeglichen und es herrscht überall 1 bar.
Dann beginnt sich der Flügel gegen die Luft zu bewegen.
Unten ist er gerade, also ändert sich dort außer minimaler Reibung nichts an der Luft.
Oben ist eine tropfenförmige Wölbung.
Da wird die Luft gestaucht und drüber gezogen.
Kann man das so sehen wie im Rohr? Dass oben über eine größere Fläche dieselben Moleküle weggeschoben werden und deshalb das v ansteigt?
Und dadurch die Dichte sinkt und der Unterdruck die Tragfläche nach oben zieht?
Warum zieht er nicht Luft von oben nach unten?
Recht verstehen tu ich den Bernoullieffekt noch nicht.
Hat der auch damit zu tun, dass ein Sog entsteht wenn man beim einfahrenden Zug zu weit dabei steht? Oder ear das wieder ein anderer Effekt?
Hast du denn mal den Versuch mit den beiden Blättern gemacht? Da siehst du mit eigenen Augen den entstehnden Unterdruck.
Vielleicht hilft dir das etwas weiter:
https://www.planet-schule.de/warum/fliegen/themenseiten/t4/s3.html
Ja, der Sog am einfahrenden Zug ist ebenfalls der Bernoulli-Effekt. Die Luft wird an der Seite beschleunigt und schon sinkt der Druck.
Warum zieht er nicht Luft von oben nach unten?
Da wirds ganz kompliziert, denn in der Tat beeinflussen sich Ober und Unterseite der Tragfläche schon gegenseitig und erzeugen Wirbel. Diese lösen sich an der Spitze der Tragfläche ab und erzeugen so die gefürchtete Wirbelschleppe bei Flugzeugen:
https://www.youtube.com/watch?v=dfY5ZQDzC5s&list=PLDs7DrHn9ILIKjMKk7h1SYjZqWQP8EWdE
Was man da oft sieht, liegt daran, dass durch die Beschleunigung der Luft der Druck sinkt und damit automatisch auch die Temperatur. Bei sehr feuchtem Wetter reicht dann diese Temperaturabsenkung aus, dass sich an diesen Stellen mit Unterdruck spontan Nebel bildet.
Also erzeugt bewegte Luft in weniger schneller Luft immer Unterdruck? Was ist wenn sich über dem Flugzeug warme Luft befindet? Führt die niedrigere Dichte dann auch zum Bernoullieffekt? Oder muss die sich entlang des Flügels nach hinten bewegen?
Manche Tragflächen sind unten auch gewölbt und keine Gerade. Wird hier noch zusätzlich der Auftrieb genutzt, der durch Staudruck entsteht? Wirken dann Staudruck und Bernoullieffekt nach oben?
Ich glaub, wir verlassen langsam das Thema, und ich möchte mich ausklinken.
Solche akademischen Übungen sind zwar auch für uns interessant und lehrreich, aber wir können hier keine physikalischen Seminare veranstalten.
Der Staudruck entsteht nur am Staupunkt, wenn die Strömung senkrecht auftritt und auf 0 abgebremste wird.
Auf der Unterseite der Tragfläche wird die Strömung verlangsamt und dadurch steigt der Druck, aber das gehört auch noch zum Bernoulli-Effekt.
Die Dichte um ein Flugzeug herum ist immer gleich. So eine scharfe Grenze, durch die das Flugzeug fliegt und oben ist es warm und unten kalt, gibt es nicht.
Ich will nicht abgehoben wirken und bin es auch nicht. Aber wenn sich schon zwei Physikexperten daran die Zähne ausbeissen, und sich das Thema zum Fliegen und zur Aero und Hydrodynamik erweiitett, dann geht uns (oder wenigstens mir) auch mal der Schnauf aus. Ich habe noch ein anderes Leben als diese Community, ich bitte um Verständnis.Oder wenn du willst: Ich bin überfordert.
Du sagtest selber, man müsse zwei Fragen "erörtern". Wobei "man" die Antworter sind.
Vielliecht recherchierst du selber noch weiter, und stellst dann eine gezielte neue Frage (z.B. mit welchem Antrieb kommt ein Schiff, das zu 80% unter Wasser ist, am effizientesten vorwärts?)
Ich habe mich oben mit Hamburger doch net unterhalten und du postet einen Kommentar rein weil du das nicht sehen konntest und der dann immer gestört hat.
Wenn ein symmetrisches Objekt durch ein Medium bewegt wird, tritt dann überhaupt der Bernoullieffekt bzw. Auftrieb auf? Oder ist die Asymmetrie eine Voraussetzung? Wenn eine Kugel durch ein Medium gezogen wird, dann wirkt ja vorne Staudruck und am Rand entlang Reibung ein wenig Reibung oder? Mit einer symmetrischen Tragfläche könnte eine Flugzeug nicht abheben oder?
Der Bernoulli-Effekt tritt überall dort auf, wo ein Fluid beschleunigt wird. Bei einem symetrischen Körper entstehen ebenfalls diese Kräfte, heben sich aber auf den Gesamtkörper gesehen gegenseitig auf. Sie führen aber je nach innerer Festigkeit des Körpers eventuell zu einer Verformung desselben.
Das heißt als Bernoullieffekt bezeichnet man das Phänomen, dass beschleunigte Moleküle in einem Medium Unterdruck erzeugen?
Aber den Auftrieb von leichter Luft durch Wärme oder eines Luftreifens im Wasser nennt man nicht Bernoullieffekt?
? versehe nichts ?
und man sieht mit dem blöden neuen system hier nicht mehr, welcher kommentar auf welchen abgegeben wurde.
könntet auch ihr mal beim support anregen, dass das alte system wieder aufgeschaltet wird, oder das neue verbessert?
Nein, das ist der Archimedische Auftrieb.
Vielleicht hilft es dir weiter, dass der Staudruck ein Grenzfall des Bernoulli-Effektes ist und zwar der Sonderfall, dass eine Strömung komplett auf 0 abgebremst wird. Für den Fall geht die Bernoulligleichung in die Gleichung für den Staudruck über.
Und wenn sich das Objekt durch die Strömung bewegt? Dann wird das Objekt abgebremst und die Strömung komprimiert?
Das heißt beim Durchziehen der Hand wirken drei Kräfte:
Staudruck, Reibung am Rand und Bernoullikraft?
Bei einem symmetrischen Körper wirkt die Bernoullikraft wie Staudruck in die Richtung nach hinten?
Da der Staudruck nur an einem einzigen Punkt mit praktisch keiner Fläche wirkt, kommt durch den auch keine nennenswerte Kraft zusammen, denn Kraft ist Druck mal Fläche.
Ob sich das Objekt durch die Strömung bewegt oder die Strömung um das Objekt kommt aufs gleiche raus. Das unterscheidet sich lediglich durch den Standpunkt des Betrachters.
Die Reibungskraft tritt auch auf, macht die ganze Sache aber noch komplizierter.
Wenn ich jetzt die Hand und den plumpen symmetrischen Unterarm durch das Wasser ziehe, dann wirkt die Reibung antreibend, der Bernoullieffekt und der Staudruck? Und der Staudruck ist eine Kraft die ganz genau vorne einwirkt und alles andere ist Bernoullikraft?
Wirkt dann der Bernoullieffekt nicht nachteilig? Der zieht ja dann beim zurückdrücken der Hand nach hinten? Oder wirkt er als Widerstand?
Hatte ja schon gesagt, dass Srömungstechnik theoretisch und mathematisch nur sehr schwierig und immer nur angenähert erfassbar ist. Letztlich läuft das auch heute immer noch auf Versuche in einem Wind- oder Strömungskanal hinaus und dann muss man einfach solange rumprobieren und messen, bis man das Optimum erreicht hat. Und dann fragt man auch nicht, wie sich die einzelnen Kräfte aufteilen, weil es am Ende immer auf die Summe, auf das Gesamtergebnis ankommt.
Den Staudruck als wirksame Kraft kannst du vergessen. Das ist nur eine theoretische Größe, der in einem Punkt mit der Ausdehnung 0 auftritt. Mit dem kann man zwar rechnen und über durch Versuche ermittelte Parameter daraus Rückschlüsse auf den Gesamtkörper ziehen, aber das sind letztlich immer alles nur Näherungslösungen.
Will man z.B. Berechnungen mit Flugzeugtragflächen oder Turbinenschaufeln anstellen, bleibt einem nichts anderes übrig, als sich bei der NACA die umfangreichen Tabellenwerke für dieses ganz bestimmte Profil zu besorgen, welche die in Windkanalversuchen ermittelt haben.
Der Auftrieb, also der durch den Bernoullieffekt erzeugte Unterdruck, wirkt beim Schwimmen auf die Handrückenfläche und zieht den ganzen Körper nach vorne. Du musst dich ganz einfach von der Vorstellung, du würdest dich im Wasser abstoßen, lösen. Ich weiß, dass das nicht ganz einfach ist.
Hier hab ich dir mal eine Einführungsvorlesung zur Strömungslehre rausgesucht....wie gesagt, das ist alles nicht so ganz einfach.
Aber im Artikel von dir schreiben sie, dass 2/3 Widerstandskräfte sind. Meinen sie damit nicht Staudruck? Auftrieb also Bernoullieffekt ist nur beim Brustschwimmen am höchsten?
Diese Vorlesung schaue ich zufällig gerade bin aber erst bei Fehlerrechnung!
In dem Artikel wird ausdrücklich von einer Modellvorstellung gesprochen und teilweise auch korrekt "Hubkraft" und "Widerstandskraft" in Anführungszeichen gesetzt. Strömungstechnisch ist das so zu verstehen, dass die Hubkraft einen Unterdruck durch die Beschleunigung der Strömung meint und Widerstandskraft eine Druckerhöhung durch die Verlangsamung der Strömung meint. Beidem liegt letztlich der Bernoulli-Effekt zugrunde. Und weil das der einfachen Vorstellung widerspricht, nennt man dieses Phänomen auch das hydrodynamische Paradoxon.
Obwohl es eigentlich eh logisch ist, wenn ich die Hand nach hinten drücke komprimiere ich die Moleküle dort und baue Druck auf und vorne erzeuge ich eine Strömung die also Unterdruck erzeugt und beides zieht nach vorne.
Die Reibung ist ja eigentlich auch von Vorteil weil sie auch Kraft nach vorne erzeugt.
Ich dachte man spricht von Staudruck wenn man Überdruck erzeugt durch zurückziehen der Hand.
Wie verhält sich das ganze energetisch betrachtet? Wie gewinnt man den meisten Vortrieb und gibt zugleich am wenigsten Energie an das Wasser ab?
Wenn der Staudruck nur an einem Punkt wirkt, warum spricht man dann nicht von Staukraft?
Die Reibung Wasser-Haut spielt im Verhältnis zu den Strömungseffekten so gut wie keine Rolle. Dafür ist das Wasser einfach zu flüssig, als dass es durch Reibung größere Kräfte übertragen könnte.
Bei der Betrachtung der Effizienz, also des Wirkungsgrades, kommt es vor allem darauf an, dass die durch die Muskeln aufgebrachte Energie optimal in Vortrieb umgesetzt wird und möglichst wenig Verluste durch innere Reibung im Wasser entsteht. Das erreicht man dadurch, dass man soweit wie nur irgendwie möglich Wirbelbildungen vermeidet. Das kann man z.B. dadurch erreichen, dass die Hand nicht quer, sondern schräg durchs Wasser geführt wird und auch nicht flach sondern leicht gewölbt geformt wird.
Kraft ist Druck mal Fläche.
F = p * A
Wenn nun aber A gegen 0 geht, geht auch F gegen 0. Es gibt also praktisch keine Staukraft und deshalb muss man auch nicht drüber reden.
Wenn es keine Staukraft gibt warum gibt die Bezeichnung dann? Oder gibt es bloß beim Durchziehen der Hand keine Staukraft wegen der Form? Der Unterarm ist doch einer Kugel ähnlich und die produziert doch Staudruck und weniger Reibung?
Innere Reibung ist gleich Reibung eines Körpers bei Bewegung im Wasset? Was wäre dann äußere Reibung? Weil das verdrängte Wasser leichter ist geht die Reibungsenergie fast ganz in die Wärme des Wassers oder?
Warum lehren die Schwimmlehrer dann, dass man die Fingerspitzer nach unten und die Hand gerade und flach durchs Wasser ziehen soll?
Ich kenne den Begriff Staukraft im Zusammenhang mit Staukraftwasserwerken, aber nicht im Zusammenhang mit der Umströmung von Körpern.
Zum x-ten Mal: vergiss die Vorstellung von Staukraft. Solange du dich davon nicht lösen kannst, wirst du auch die Strömungslehre nicht verstehen.
Die Kugel hat einen Strömungswiderstand, erzeugt aber keine Staukraft.
Die innere Reibung entsteht innerhalb von Wasserwirbeln, weil da die Wasserteilchen aneinanderreiben und die aufgebrachte Energie dabei in Wärme umwandeln, mit der man nichts anfangen kann. Wenn du z.B. in einem Mixbecher Wasser nur lange genug mit dem Handrührer bearbeitest, wird das immer wärmer.
Warum wer was lehrt, musst du den betreffenden fragen. Und gerade was die optimale Schwimmtechnik betrifft, gibt es offensichtlich ziemlich viele verschiedene Meinungen.
Hier in diesem Video zeigt er z.B. dass geschlossene und gestreckte Finger (wie bei einem Brett) nicht sio gut sind, wie ein leichter Abstand und man sieht auch deutlich die Wölbung des Handrückens dabei:
https://www.youtube.com/watch?v=mI5IPSiO0j0
Und in dem bereits verlinkten Artikel:
http://www.limmatsharks.com/lift_or_drag.html
siehe Bild 2, wurde z.B. bei Versuchen festgestellt, dass eine leichte Schrägstellung der Hand mehr Vortriebskraft (Lift) ergibt.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:WiderstStrömKörper.png#mw-jump-to-license
Was meinen die dann dann mit Druck?
Also ist beim Schwimmen fast ausschließlich der Bernoullieffekt durch Druckunterschied ausschlaggebend und den Begriff Staudruck kann ich mal vergessen?
Das Wasser wird nicht nach hinten gestaucht sondern vorne entsteht durch Beschleubigung ein Unterdruck der durch Vortrieb des Körpers ausgeglichen wird?
Hier kannst du was zum Srömungswiderstand nachlesen:
https://www.spektrum.de/lexikon/physik/stroemungswiderstand/14101
Es gibt in der Tat auch Modelle, die behaupten, mit dem durch die Hand nach hinten geschleuderten Wasser würde der Vortrieb gemäß des Impulssatzes enstehen. Das halte ich allerdings aufgrund der geringen Handgeschwindigkeit für ziemlich unwahrscheinlich.
Genaugenommen entsteht der Vortrieb aufgrund der Druckwiderstandskraft durch die Differenz der Integrale des Druckes über die Fläche auf Vorder- und Rückseite des umströmten Körpers. Und diese Druckdifferenzen entstehen gemäß Bernoulli durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten innerhalb des strömenden Fluids. Und in der Tat solltest du dir den Staudruck besser aus dem Kopf schlagen, weil der in die Irre führt.
Eigentlich glaube ich auch nicht mehr dass man sich vom Wasser abstoßt, weil das Wasser ja viel zu sehr nachgibt im Vergleich Körpermasse zu verdrängter Wassermasse.
Also kann man doch durch diese Formel den Wasserwiderstand ausdrücken, wobei es aber praktisch am cw mangelt?
Und die haben in deinem Artikel nur die Bernoullilräfte die vorne Unterdruck durch die Beschleunigung des Wassers erzeugen als Hubkraft bezeichnet, was bei einer Tragfläche die gewölbte Seite ist?
Und wenn man zurückzieht dann ist es nicht das Wasser wo man sich abstößt, sondern die Strömung die entsteht, und die Geschwindigkeit nach hinten wirkt wie eine negative Beschleunigung oder ein Bremsen und erzeugt somit Überdruck?
Das kann man so stehen lassen, wobei der Bernoulli auch für die Unterseite der Tragfläche gilt. Wenn eine Strömung verzögert wird, steigt ihr Druck. Aber es ensteht eben nicht der Staudruck, weil der bedeuten würde, die Strömung wird auf Null heruntergebremst, was beim Wasser aber nur theoretisch an einem einzigen Punkt mit der Fläche 0 der Fall wäre. Daneben, also auf der gesamten Fläche, lässt sich das Wasser aber nicht komplett abbremsen, weil das muss ja irgendwo hin und umfließt dann die Hand bzw. die Tragfläche. Ansonsten würde sich das Wasser da ansammeln und immer mehr werden, was aber natürlich Unsinn ist.
Bei Tragflächen von Flugzeugen ist es über den Daumen so, dass das Abbremsen der Strömung auf der Unterseite etwa 1/3 (durch Überdruck) und das Beschleunigen auf der Oberseite etwa 2/3 (durch Unterdruck) zum Gesamtauftrieb beiträgt.
Mich hat das einwenig verwirrt mit bremsen der Strömung, da ja die Hand durch ruhiges Wasser gezogen wird.
Bedeutet das dass man durch die in Gesamtheit erzeugte Strömung hinten eine in Relation zu vorne langsamere Strömung erzeugt?
Weil wenn hinten auch das Wasser auch weggeschoben wird muss dort ja in erster Linie auch Unterdruck entstehen im Vergleich zum restlichen, ruhenden Wasser?
Und nur weil vorne die Strömung noch schneller ist, wird das zu einem Überdruck?
Dass das noch kommt, wusste ich. ;-)
Da ist die Vorstellungskraft nochmal etwas gefordert.
Nehemen wir mal an, du bewegst dich mit 2 m/s durchs Wasser. Wenn du die Hand ebenfalls mit 2 m/s nach hinten ziehst, ist die relativ zum Wasser im Stillstand. Es ensteht keine Umströmung und keine Kraft. Du musst die Hand also deutlich schneller nach hinten bewegen, sagen wir mal mit 5 m/s. Dann bewegt sie sich relativ zum Wasser mit 3 m/s nach hinten. So, damit wird wieder die Vorstellung des Abstoßens aktiviert, aber den Zahn ziehe ich dir sofort wieder.
Den gleichen Effekt hättest du nämlich auch, wenn du am Ufer eines Flusses stehst, der mit 3 m/s vorbeifließt und du hälst die Hand hinein. Dem Wasser und der Strömung ist das völlig egal, das ist lediglich eine Frage des Bezugssystemes. Entscheidend ist nur die relative Bewegung zueinander. Und wenn du deine Hand in das fließende Wasser hälst, stößt du dich nirgends ab, aber die Umströmung der Hand erzeugt dennoch nach den oben ausführlich diskutierten Gegebenheiten eine Kraft, die die Hand in Strömunsgrichtung drückt.
Hättest du am Handgelenk eine kleine Kamera, die die Umströmung der Hand filmen würde, könntest du zwischen beiden Fällen keinen Unterschied feststellen. Du könntest nicht erkennen, ob das Wasser steht und die Hand sich bewegt oder ob die Hand steht und das Wasser sich bewegt.
Es wird also die Strömung die man selber mit der Hand erzeugt hinten gebremst? Und durch das Bremsen entsteht Überdruck und kein Staudruck? Die Wasserströmungsdichte steigt aber in einen höheren Bereich als ruhendes Wasser?
Lag ich oben mit der Vorstellung richtig, dass die Hand welche durch ruhendes Wasser zieht eine negativ beschleunigte Strömung erzeugt?
Wenn man die Hand in die fließende Strömung gibt ist es mit dem Bremsen einfacher zu ersehen, obwohl ja wirklich nur die relative Geschwindigkeit zum Wasserwiderstand führt!
Vergiß nicht: Du hast den Druckwiderstand, an den Du ja schon denkst, und Du hast den Reibungswiderstand, der von der Viskosität (Zähflüssigkeit) des Mediums abhängt und der nicht immer quadratisch mit der Relativgeschwindigkeit zunimmt.
Beim Kraulen wären ja beide Widerstände von Vorteil?
Steigt der Widerstand beim Durchziehen der Hand mit der Geschwindigkeit nun linear oder quadratisch?
Das heißt um beim Kraul gscheite Kraft nach vorne zu erzeugen bzw. erzeugen zu können, muss die Geschwindigkeit nach hinten möglichst schnell sein? Und nicht langsam nur mit großer Fläche?