Aerodynamischer Auftrieb
🦈 Physik
Definition
Entsteht nur durch Bewegung: dynamisch heißt so viel wie: durch Bewegung entstanden. Aerodynamischer Auftrieb entsteht durch eine ausreichend schnelle Bewegung von Gas, z. B. Luft, über eine geeignet geformte Oberfläche.
Die Grundidee des Bewegungs-Auftriebs
Strömt Luft ausreichend schnell über die Tragflächen eines Flugzeuges entsteht eine nach oben gerichtete Kraft, die sogenannte Auftriebskraft. Fluggeräte die diesen Effekt nutzen nennt man Flugzeuge. Eine andere Art der Erzeugung von Auftrieb nutzen zum Beispiel Ballone und Luftschiffe. Siehe dazu unter statischer Auftrieb ↗
Ist der aerodynamische Auftrieb vollständig geklärt?
Der dynamische Auftrieb an Flügeln lässt sich durch mathematische Formeln in vielen Fällen sehr gut vorausberechnen. Seine physikalischen Ursachen sind aber nicht abschließend geklärt. Keines der üblicherweise herangezogenen Wirkprinzipien kann alle beobachteten Phänomene erklären. Zum einen wird der Auftrieb über die Bernoulli-Gleichung erklärt: die Luft, die oberhalb eines Flügels entlangströmt bewegt sich schneller als die Teilchen unterhalb des Flügels. Dadurch entsteht an der Oberseite ein Unterdruck, der den Auftrieb verursacht. Es ist hierbei aber völlig unklar, warum die Luft an der Flügeloberseite beschleunigt werden soll. Eine zweite Erklärung geht davon aus, dass der Flügel den Luftstrom leicht nach unten ablenkt. Dadurch wird ein nach oben gerichteter Impuls auf das Flugzeug übertragen. Dieser Ansatz kann aber nicht den (auch messbaren) Unterdruck an der Flügeloberseite erklären.[1][2]
Der Vogelflug als Vorbild
Der Pionier der Luftfahrt, Otto Lilienthal (1848 bis 1896) nahm sich den Flug der Vögel als Vorbild, um die ersten wirklich tauglichen Flugapparate für Menschen zu bauen und zu erproben.
Eine Möwe fliegt ohne mit den Flügeln zu schlagen und ohne Höhenverlust etwa 300 Meter im Gefolge eines gut 10,5 Knoten schnellen Schiffes. Die Tiere verfügen über einen ausgeprägten Instinkt für aerodynamisch günstige Zustände.
Die ersten Flugapparate Lilienthals erinnerten tatsächlich auch von der Form der Flügel her an Vögel. Ein wichtiger Aspekt für den aerodynamischen Auftrieb war die Wölbung der Flügel nach oben. Siehe als ein Beispiel dafür den Derwitzer Gleiter ↗
Verweist der Auftrieb auf eine teleologische Physik?
Teleologie heißt so viel wie Zielgerichtetheit: oft finden sich in physikalischen Erklärungen Redeweisen wie die folgende: "Die Luftteilchen an der Vorderseite der Flügel müssen sich für einen von zwei Wegen entscheiden. Sie überstreichen den Flügel entweder ober oder unten. Dass sie an der Rückseite des Flügels wieder gleichzeitig ankommen, müssen die Teilchen an der Flügeloberseite, die ja gewölbt ist, etwas schneller sein." Dieses Denken deutet an, dass die Luftteilchen etwas täten, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen, hier wollen sie alle gleichzeitig wieder zusammentreffen. Die Idee, dass Abläufe gerichtet auf ein Ziel hinauslaufen nennt man Teleologie. Ob rein physikalische Abläufe teleologisch sein können, also Ziele verfolgen, ist sehr umstritten, aber weder bewiesen noch widerlegt. Mehr dazu unter Teleologie ↗
Fußnoten
- [1] Ed Regis: Das Geheimnis des Fliegens. In: Spektrum der Wissenschaft, Mai 2020, Seite 52 ff.
- [2] Dough McLean: Understanding Aerodynamics: Arguing from the Real Physics. Wiley (Herausgeber). ISBN: 978-1119967514
