Was ist Gleiten (Physik)?

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3 Antworten

Das Flughörnchen hat mit ausgespannter Flughaut in senkrechter Richtung sowieso einen ziemlichen Luftwiderstand. Schon deshalb fällt es langsamer herunter, als wenn es sich im Kopfsprung fallen ließe. Wenn es außerdem mit Schwung vom Ast abspringt und sich dabei auch noch etwas schräg gegen die Luft stellt, wie ein Drachen, dann schiebt es bei seiner Vorwärtsbewegung Luft nach unten und erzeugt damit dynamischen Auftrieb (siehe: Zweites Newtonsches Gesetz, Impulserhaltungssatz).

Das Hörnchen muß seine Lage in der Luft während des Fluges stabil halten, damit es nicht abschmiert. Dazu ist es als lebender Organismus durch seine angeborene Regelungstechnik in der Lage. Das Frisbee hat diese Fähigkeit nicht. Seine Lage wird stattdessen durch Rotation stabil gehalten. Wirft man es, ohne es dabei  in Drehung zu versetzen, kippt es rasch um und fällt herunter (siehe: Gyroskopisches Prinzip, Kreisel, Drehimpulserhaltung).

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Franz1957 17.09.2016, 16:11

Ein Ball hat in jede Richtung den gleichen Strömungswiderstand. Einen dynamischen Auftrieb hat er in keiner Richtung.

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Pinkesminzblatt 19.09.2016, 08:33

Vielen Dank für deine Antwort!:)

Ich glaube ich verstehe es ein wenig besser. Also ist das so wenn ein Flughörnchen fliegt muss es horizontal fliegen wegen dem Luftwiderstand. Weiter gibt es einen Auftrieb wenn es leicht schräg ist (gibt es dazu eine Formel um das zu berrechnen?). Der Druck spielt auch noch eine Rolle der auf das Hörnchen wirkt (ist das der Luftdruck der auf das Hörnchen wirkt? Oder woher kommt der? Gibt es dazu auch eine Formel?) Der Impuls ist die Luft die das Hörnchen nach vorne "schiesst" (Formel ist glaube ich Dichte mal Geschwindigkeit). Weiter wirkt die Erdanziehungskraft (m mal g) und die Reibung (Gas zu Festkörper?) ist die Formel dazu Normalkraft mal Gleitreibungszahl?

Kannst du mir das für Dummis erklären?

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Franz1957 20.09.2016, 12:37
@Pinkesminzblatt

Wie groß der Auftrieb von Flügeln bei welchem Anstellwinkel ist, kann man nur schwer berechnen, aber es wurde gemessen und man kann es aus Kurven ablesen, die auf den Meßwerten beruhen. Diese Kurven findet man in Fachbüchern der Strömungslehre und der Flugtechnik. Darüber wird schon seit Beginn der Luftfahrt intensiv geforscht, denn man kann durch den Querschnitt der Tragfläche die Flugeigenschaften beeinflussen. Der einfachste Fall ist eine ebene Platte. Ihre aerodynamischen Eigenschaften sind zwar nicht so gut wie die einer modernen Tragfläche, aber als Näherung für das Flughörnchen sind sie vielleicht ganz aufschlußreich. (Wenn man, um rechnen zu können, eine Formel dafür haben will, muß man eine Näherungsformel finden, die gut zu den gemessenen Werten paßt.)

In dem Diagramm hier bedeutet die grüne Kurve den Auftriebskoeffizienten cL (L für lift) und die rote Kurve den Widerstandskoeffizienten cd (d für drag). Beides in Abhängigkeit vom Anstellwinkel (waagerechte Skala, 0 bis 90 Grad).

http://www.becot.info/&forums/kapdiscussionpage/flatplate\_lift&drag.gif

An den beiden Kurven sieht man, daß das Flughörnchen einen geschickten Kompromiß machen muß: Steilerer Anstellwinkel erhöht zwar den Auftrieb, aber auch den Widerstand, d.h. er bremst. Wird der Winkel zu groß, fällt der Auftrieb sogar wieder.

Hier sind noch Kurven, die den gleichen Sachverhalt auf andere Weise abbilden. Außer den Flugeigenschaften der flachen Platte sind auch die zweier gewölbter Flächen zu sehen. Die beiden Skalen sind die Koeffizienten und die Zahlen an der Kurve zeigen an, für welchem Winkel die beiden Koeffizienten gelten. Die hier berücksichtigten Winkel gehen nur ein paar Grad weit. Man sieht, daß eine gewölbte Fläche mehr Auftrieb geben kann. Ob das Flughörnchen sich so eine Wölbung geben kann, wäre spannend zu wissen.

http://www.angeo-privat.gmxhome.de/Windkraft/Bilder/gewoelbte\_Platten.jpg

Zum Impuls: Der Impuls eines Körpers ist Masse mal Geschwindigkeit. Bei Fluiden wie Luft und Wasser hat man keine feste Masse. Man nimmt den Volumenstrom mal Dichte, also Masse pro Sekunde, multipliziert ihn mit der Geschwindigkeit des Fluids und erhält den Impulsstrom (Impuls pro Zeit), und das ist nichts anderes als die Kraft, die man ausüben muß, um das Fluid so in Bewegung zu bringen.

Das heißt: Die Auftriebskraft eines Flugkörpers entspricht dem Impulsstrom, den er der Luft gibt, d.h. dem Luftvolumen, das er pro Sekunde nach unten schubst, multipliziert mit der Dichte und Geschwindigkeit der geschubsten Luft. (Beim Hubschrauber ist das besonders anschaulich durch den Wind, den er macht, um abzuheben.) So viel mal jetzt, ich muß zur Arbeit. Danke für den Stern!

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Pinkesminzblatt 23.09.2016, 10:46
@Franz1957

Habe deine Antwort erst jetzt gesehen :D Danke viel mal! Ich lese es einmal durch und versuche es zu verstehen. Der Anfang klingt auf jeden Fall schlau :)!

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Pinkesminzblatt 23.09.2016, 17:09
@Franz1957

Nocheinmal danke habe alles verstanden!  Aber der Auftrieb ist ja nicht das gleiche wie der Impuls, ist der Impuls verantwortlich für den Auftrieb aber nicht das gleiche wie der Auftrieb? Ist die letzte Frage, musst sie aber nicht unbedingt beantworten;)

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Franz1957 23.09.2016, 19:33
@Pinkesminzblatt

Laß Dich von dem Impuls nicht durcheinander bringen. Er ist, wenn man die Physik des Fliegens beschreibt, einfach praktisch, denn die Luft ist kein begrenzter Körper, von dem man einfach sagen könnte: Da ist er, so schwer ist er, und so schnell ist er. Die Luft, die mit dem Flügel zusammenkommt, ist in jedem Augenblick wieder eine andere. Sie ist ein Fluid. Deshalb ist es praktisch, eine Kraft, die auf Luft wirkt, ebenfalls als eine Art Fluid anzusehen, nämlich als einen Impulsstrom.

Der Auftrieb ist eine Kraft. Wo eine Kraft Körper beschleunigt, fließt
ein Impulsstrom. Wenn ich z.B. mit meiner Kraft ein Auto anschiebe, führe ich ihm Impuls zu. Je schneller es wird, um so mehr Impuls hat es. Bei der Luft, die die Flügel nach unten anschieben, wird die Luft nicht immer schneller, denn dafür ist der Moment zu kurz, aber dafür kommt immer neue Luft, auf die sich der Impuls verteilt. Der Impulsstrom, den der Flügel auf die Luft überträgt, entspricht der Auftriebskraft. (Siehe: "actio = reactio", Impulserhaltungsprinzip, Rückstoßprinzip, Drittes Newtonsches Gesetz). 

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Pinkesminzblatt 04.10.2016, 17:46
@Franz1957

Danke :))):D Nun ist alles klar! Du hast mir sehr geholfen denn auf dem Internet habe ich praktisch nichts darüber gefunden:(  Danke nocheinmal =D

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Zum Gleiten braucht man immer eine Form, die dafür sorgt, dass die Luft auf der Oberseite einen längeren Weg hat, als auf der Unterseite. Die Form sollte also oben nach außen gewölbt sein und die Unterseite sollte glatt oder nach innen gewölbt sein. Genau so sind auch Tragflächen von Flugzeugen konstruiert. Das trifft auf das Flughörnchen und den Fresbee zu, nicht jedoch auf einen Ball.

Bei einer Tragfläche strömt die Luft auf der Oberseite schneller und erzeugt dadurch Unterdruck. Auf der Unterseite wird die Luft gebremst und erzeugt dadurch einen Überdruck. Die Druckdifferenz zwischen oben und unten erzeugt den sogenannten Auftrieb, der das Gleiten ermöglicht.

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Franz1957 17.09.2016, 13:36

Bei den meisten Drachen und Hängegleitern ist der Flügel aber nur ein gespanntes Stück Stoff und die Luft hat auf der Oberseite einen exakt gleich langen Weg wie auf der Unterseite. Trotzdem gibt der Flügel Auftrieb. So auch bei den Segelflugzeugen von Otto Lilienthal, wie man hier schön sehen kann:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DLR_125JahreMenschenflug_27039529461_fe81f6fffd_o.jpg

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Hamburger02 17.09.2016, 15:20
@Franz1957

Diese flachen Flügel müssen aber schräg gegen den Wind angestellt werden und dann ist der Weg oben doch wieder länger als unten.

Ein flacher Flügel parallel zum Luftstrom hat oben und unten den gleichen Weg, erzeugt dann aber auch keinen Auftrieb.

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Franz1957 17.09.2016, 17:11
@Hamburger02

Dieser legendäre Weg für die Luft, von dem immer die Rede ist, existiert ohnehin nur im Windkanal. In der Realität des Fliegens, steht die Luft und es ist es der Flügel, der sich bewegt. Wo er entlangkommt, verschiebt er die Luft ein wenig und bewirkt kurzzeitige Druckveränderungen, mehr nicht.

Doch auch wenn wir die Situation im Windkanal betrachten, ist der Weg belanglos. Die Luft muß keine Verabredung einhalten, fürchtet sich nicht vor Verspätung und keine Eile. Die Länge ihres Weges ist ihr gleichgültig. Daß sie oben tatsächlich schneller strömt als unten, hat andere Gründe als die Länge des Weges.

Erkennbar ist das z.B. daran, daß die Luft oben herum sogar noch schneller fließt, als sie der Weglängentheorie zufolge "müßte" und vor der Luft hinten ankommt, die unten entlang fließt:

https://www.youtube.com/watch?v=e0l31p6RIaY

https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AKarman\_trefftz.gif

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Hamburger02 17.09.2016, 20:23
@Franz1957

Letzlich läuft alles auf Bernoulli hinaus...

Die Antwort soll aber auch zur Vorstellungswelt des Fragenden passen und das scheint kein Physiker zu sein.

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Franz1957 20.09.2016, 11:30
@Hamburger02

Sicher kommt es darauf an, was der Fragende mitbringt. Und was er mitbringt, ist auch nicht in jedem Fall richtig oder dem Verstehen förderlich. Ich meine, daß Newton jedenfalls die richtige und vermutlich für die meisten auch die befriedigendere Antwort gibt: Der Flugzeugflügel tut das Gleiche wie der Flügel des Ventilators, Propellers oder Axiallüfters. Er gibt der Luft einen Schubs und das bewirkt einen Rückstoß. Bernoulli mag man mit heranziehen, um die viel schwierigere Frage zu diskutieren, wie der Flügel das mit dem Schubs genau anstellt. Oder die zu selten gestellte Frage, wozu das laut Standarderklärung idealtypische Flügelprofil wirklich da ist, wenn zum Fliegen doch auch Lilienthals dünne gebogene Stoffbespannung ausreicht und wenn auch ein Ventilator mit dünnen Blechschaufeln offensichtlich Wind macht...!

Hier ein kurzer Artikel, der das Thema zusammenfaßt:

http://www.aviation-history.com/theory/lift.htm

(In dem ausführlichen Lehrbuch von Anderson und Erberhardt, Understanding Flight, gibt es einen Appendix: Misapplications of Bernoulli’s principle)

Von dem Didaktiker Klaus Weltner: Misinterpretations of Bernoulli's Law und Physics of Flight - reviewed

http://user.uni-frankfurt.de/~weltner/

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Weil sich unter einem Ball kein Luftpolster sammeln kann.

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Viktor1 17.09.2016, 12:17

Falsch. Auch der Ball "gleitet" im Flug durch die Luft, nur nicht so optimal wie speziell dazu geformte "Geräte". Und "sammeln" tut sich ein "Luftpolster" nie.

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Grautvornix 17.09.2016, 12:33
@Viktor1

ok, ersetze sammeln durch bilden, und dann stimmt es immer noch nicht.

Hamburger hat es erklärt, Druckdifferenz.

Eine Frisbeescheibe mit Löchern erfüllt zwar die Tragflächenform, aber die Druckdifferenz ist schlecht, was nicht bedeutet das sie garnicht gleitet.

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