Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

[SoaringErnie]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Hallo Bernhard,

Ich greife dazu mal Deinen ersten Absatz auf:
Wird wie im Bild 1 ein Luftstrom von einer gewölbten Fläche mit dem konstanten
Krümmungsradius r umgelenkt, wirkt auf die umgelenkte Luftmasse m = mu + mo, und damit auf
die Fläche, die Zentrifugalkraft Z als Luftkraft L = m/r * v2.

Bis zur Addition der Luftmassen Mu und Mo (nehme mal dass das unten und oben bedeutet) geht es noch, danach muss ich mich leider ausblenden. Ich könnte das evtl. erarbeiten, müsste es mir dazu aber ausdrucken und etliche Stunden investieren, um die Formeln nachvollziehen zu können.

Da nehme ich lieber die von Dir vorgeschlagene 2. Variante und freue mich über den Auftrieb.

Ernst

[Willi Wombat]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Das heisst einfach, eine Masse m (Luft) wird mit einer Geschwindigkeit v (Fluggeschwindigkeit) um einen Radius r (runde Eintrittskante) "rumgeschleudert" und zieht dabei am Schirmtuch.

Wenn Du das Äquivalent mit deiner Freundin beim tanzen machst, zerrt sie dabei so lange mit der Kraft Z an deinen Armen bis Du sie nicht mehr halten kannst, weil ihr es bei v übertrieben habt.
Das ist dann der (nicht ganz korrekt: Strömungs-)Abriss.

[bigben]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

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

............

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

Gruß, Bernhard

Hallo Bernhard,

ein faszinierendes Thema - mit dem ich mich als physikalischer Laie an so mancher Stelle (Formeln ) etwas schwer tue, wenn zudem dann auch noch Unterschiede aufgezeigt werden. Dennoch habe ich mich mit Unterstützung meines Sohnes, der als Lufhanseat und Techniker darin weit bewanderter ist als ich, daran gemacht es zu verstehen. Ich habe also viel gelesen, gesehen und diskutiert und als allgemeine Lehrmeinung zum Auftrieb (inkl. Lehrbücher. Technologie des Flugzeugs / Klaus Engmann) die Auftriebserklärungen auf Basis von Kutta und Joukowsky, sowie der darauf basierenden Strömungslehre von Ludwig Prantl gestoßen (sh.auch http://www.thomas-flight-test.de/ass...mik_Bilder.pdf ) Parallel dazu dann Deine Ausführungen und es entstehen Fragen..Fragen..........

Also, damit ich für mich das Licht am Ende des Tunnels richtig deuten kann (nicht das es ein entgegenkommender Zug ist ) würde ich Dich bitten folgende 2 Fragen zu beantworten:

Ist Deine Theorie "Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft" (ich verstehe das als ein neuen / anderen Ansatz, richtig?) jetzt etwas ganz Neues, das der bisherigen Lehrmeinung nach Prantl (u.a Anfahr-, Zirkulations-, Randwirbel) diametral entgegensteht, oder verstehst Du das eher so, dass die bisherige wissenschaftliche Meinung im Prinzip richtig ist, aber um eine weitere Erklärung (Deine) ergänzt werden könnte/müsste / sollte?

.........

Aber bitte keine falschen Erklärungen weiter im Umlauf halten, nur weil sie so einfach, so eingängig sind.
.........
Gruß, Bernhard

Welche meinst Du damit, die bekannt vereinfachten falschen oder die bisherige Lehrmeinung (Prantl und Co)zur Auftriebsentstehung an einem Profil.

Nur damit wir uns nicht falsch verstehen, es geht mir hier nur um das generelle Verständnis in "meinem Kopf" Eine auch nur annähernde Bewertung steht mir da auch ansatzweise nicht zu.

Besten Dank

Gruß bigben

[Bernhard Wienand]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Hallo Ernst,

vielen Dank für Deine Rückmeldung, und ich vermute mal, mit (mathematischen) Formeln haben viele Probleme.

Aber dass der Zinsertrag Z (Euro/Jahr) das Produkt aus angelegtem Kapital K (Euro) und Zinssatz z (%/Jahr) ist, wird sicher jeder sofort verstehen. Nur der 'Mathematiker' kürzt aus Bequemlichkeit und wegen langer Formeln gerne ab und schreibt Z = K * z/100.

Die Formel für die Zentrifugalkraft wollte ich hier nicht herleiten (aus dem Impulssatz), das wäre noch komplizierter geworden.
Eigentlich braucht man sie zum Grundverständnis auch nicht (die Vorstellung einer Zentrifugalkraft aus umgelenkter Luftmasse reicht schon), aber mit der Formel kann man auch mal schnell Beispielrechnungen durchführen.

PS 2.5., noch was, wozu Formeln gut sind:
Wenn man z.B. die Zentrifugalkraftformel Z = m * v²/r liest, erkennt man, dass Z umso größer, je kleiner Radius r bzw. die Krümmung der Luftteilchenbahn (wenn m und v konstant).
An einer scharfen Kante einer Kontur ist r theoretisch 0, so dass Z theoretisch unendlich groß ist. Da das physikalisch nicht sein kann, macht sich die Strömung durch eine Ablöseblase (jedenfalls bei flacher Anströmung) hinter der Kante ihr eigenes Profil.
Bei einer geraden Teilchenbahn ist r unendlich groß, so dass Z = 0.
Je nach Stärke der Krümmung kann man so den Verlauf der Luftkraft (Querkraft zur Teilchenbahn) längs der Teilchenbahn ablesen.

Hallo bigben,

nein, es ist natürlich keine neue Theorie, die das Rad neu erfinden würde. Neu ist vmtl. nur die Veranschaulichung der Luftkraft bzw. des Auftriebs anhand der Zentrifugalkraft.

Bei Helmholtz, Prandtl und den anderen damaligen Pionieren der Erforschung der Aerodynamik ist es so, dass mit der 'Tragflügeltheorie' damals ein Verfahren hergeleitet wurde, mit dem man erstmalig den Auftrieb um einen profilierten Flügel recht gut berechnen konnte. Ich habe das im Text kurz beschrieben. Die Umströmung eines Profils wird durch die Überlagerung der Grundströmung mit Potentialwirbeln mathematisch modelliert. Daraus ergibt sich ein Geschwindigkeitsfeld und daraus mit Bernoulli ein Druckfeld, und daraus durch Integration die Luftkraft. Da nach Helmholtz ein Wirbel immer geschlossen sein muss (Ringwirbel), dachte man sich diesen Ringwirbel aus dem Wirbel um den Tragflügel, den Randwirbeln und dem Anfahrwirbel zusammengesetzt. Am Ende scheinen die Wissenschaftler fast selbst geglaubt zu haben, der Auftrieb entstehe aus diesem Wirbel, obwohl es nur eine mathematische Nachbildung des Strömungsfeldes ist.
Da diese Tragflügeltheorie die Aerodynamik bis in die 50er Jahre dominiert hat, hat sich diese Pseudoerklärung durch die 'Zirkulationsströmung' sehr verbreitet und lange gehalten.
Dabei ist diese Theorie für meinen Geschmack weder einfach, noch anschaulich, noch vollständig (wie entsteht denn diese Zirkulationsströmung?).
Eine gute Erklärung eines neuen oder komplexen Begriffes bzw. Zusammenhangs ist immer eine Erklärung durch einfachere und bereits gut bekannte Begriffe und Zusammenhänge.

Zu weiteren falschen kursierenden Theorien bzw. Erklärungen siehe mein Beitrag #7.

Gruß, Bernhard

[seidenschwan]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Hallo Bernhard,

bitte nicht falsch verstehen wenn ich jetzt lachen muss aber mich würde wirklich interessieren was du von Beruf bist?

"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?"

"Aber dass der Zinsertrag Z (Euro/Jahr) das Produkt aus angelegtem Kapital K (Euro) und Zinssatz z (%/Jahr) ist, wird sicher jeder sofort verstehen. Nur der 'Mathematiker' kürzt aus Bequemlichkeit und wegen langer Formeln gerne ab und schreibt Z = K * z/100."

Als Kfz Techniker habe ich damit soweit auch kein Problem.

Ich habe aber so den Eindruck dass du dir über den Durchschnittlichen Intelligenzgrad der Bundesdeutschen Bevölkerung nicht im Klaren bist. Und wir Flieger sind ein geradezu Repräsentativer Schnitt

Ein trauriges Beispiel,

Ich war letztens im Baumarkt und ein Angestellter musste für die Rechnung an der Kasse die Fläche an Sperrholzmaterial, das ich für 4 Schübe a 30 x 46 cm zuschneiden ließ ausrechnen....... er kam auf 25 m / 2

Johann

[schoepfus]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

bitte nicht falsch verstehen wenn ich jetzt lachen muss

Sorry, aber ich muss jetzt auch lachen

"Aber dass der Zinsertrag Z (Euro/Jahr) das Produkt aus angelegtem Kapital K (Euro) und Zinssatz z (%/Jahr) ist, wird sicher jeder sofort verstehen. Nur der 'Mathematiker' kürzt aus Bequemlichkeit und wegen langer Formeln gerne ab und schreibt Z = K * z/100."

Denn der Banker deines Vertrauens würde dich darauf hinweisen, dass du noch die 25 % Abgeltungssteuer berücksichtigen musst. Je nach Wohnort und Konfession auch noch den SoLi und Kirchenbeitrag ab zu ziehen hast. Berechnest du den Zinserstrag eines Sparbuches oder Sparkontos dann würde es ungefähr passen, reden wir aber vom Zinsertrag zB. einer Anleihe, müsstest du noch die einmaligen Kauf- und Verkaufspesen, sowie die jährliche Depotgebühr, und Verrechnungskontogebühren miteinbeziehen. Hättest du die Anleihe nach Emmission gekauft, dann müsste in die Renditeberechnung noch der Kauf- und/bzw. der Verkaufskurs miteinbezogen werden.

Dein Steuerberater deines Vertrauens würde dich in weiterer Folge darauf hinweisen, dass du noch gewisse Zins- / Dividendenzahlugen gegen Kursverluste bei anderen Geschäften gegenrechnen könntest. Ebenso könntest du die Depotgebühr etc... als Aufwand in deine Steuererklärung angeben ... usw. usf

Dein Finanzamtler deines Vertrauens findet schließlich und endlich noch ein paar Punkte ...


Soviel zur "Einfachheit" der Zins- bzw. Renditeberechnung (in Deutschland)

[Willi Wombat]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Warum wird hier eigentlich versucht Bernhards vergleichsweise gut lesbare und sauber gestaltete Erklärung runter zu machen?
Niemand hat behauptet, man könne Strömungslehre physikalisch halbwegs korrekt auf jedes beliebige Niveau herunterbrechen.

Ich finde es legitim einen theoretischen physikalischen Ansatz relativ einfach zu nennen, auch wenn ihn nicht jeder verstehen kann.
Wer eine Sprache nicht spricht, dem scheinen Kinderreime genau so kompliziert wie philosophische Traktate.

Es gibt ja immer noch die nicht zu verachtende Möglichkeit die Hand in den Fahrtwind zu halten und daraus nicht weniger wertvolle Erkenntnisse zu schöpfen.
Aber das ist halt dann ein anderer Ansatz und nicht gut zu vergleichen.

[Bernhard Wienand]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Bin zwar auch Kapitalanleger, aber kein Banker.

Hallo Johann (seidenschwan),

zu meinem fachlichen Hintergrund siehe mein Beitrag #5.

Der Mann aus dem Baumarkt scheint mit 25 qm (Du meintest mit m / 2 sicher Quadratmeter) jedenfalls ein guter Verkäufer gewesen zu sein. Aber wie gut, dass Du Bescheid wusstest und er Dich nicht über den Tisch ziehen konnte.

Hallo Florian,

Deine Ergänzungen zur Kapital-Rendite machen schön deutlich, wie kompliziert Dinge werden können, wenn man sie im Detail betrachtet, und wie schwierig es dann werden kann, sie Laien zu erklären. Daher sich lieber auf das Wesentliche beschränken und dabei die Vergröberungen bzw. 'Fehler' erst einmal hinnehmen.


Also, wenn mich ein Kind fragen würde, warum fliegt ein Flugzeug, so würde ich es seine angestellte Hand schnell durch die Luft ziehen (oder aus dem Auto halten) lassen und sagen, wenn nun die Hand bzw. der Flügel groß und die Geschwindigkeit hoch genug sind, so kann selbst eine 500 t A-380 fliegen.
Es wird dann vmtl. empfinden, wie die Luft gegen seine Hand prallt und diese hoch drückt. Eine der falschen Erklärungen des Auftriebs.

Von Piloten, die sich für Aerodynamik interessieren oder mitreden wollen, erwarte ich allerdings etwas mehr.
Aber wie gesagt, Vögel haben auch keine theoretischen Kenntnisse über Auftrieb, aber ihnen sind fliegerische Fähigkeiten angeboren und sie machen dann täglich sehr sehr umfangreiche Erfahrungen.

Wer als Mensch richtig gut fliegen will, braucht natürlich erstens viel Übung. Dann wird er sich aber auch für seinen technischen Flugapparat interessieren, wie er für eine optimale Umströmung gebaut sein muss etc.
So wie sich Schuhmacher, Vettel und Co. auch um die Technik ihrer Formel-1-Boliden kümmern und entsprechende Kenntnisse entwickeln, so kümmern sich z.B. auch Top-Drachen-Piloten wie Manfred Ruhmer, Gerolf Heinrichs, Tim Grabowski etc. um die Entwicklung der Geräte und müssen dazu natürlich auch Einiges über Aerodynamik wissen.

Außerdem macht es Spaß, immer noch etwas Neues zu entdecken und dazu zu lernen.

Gruß, Bernhard

[Steffen]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Hm, da fällt mir durchaus die eine oder andere Frage ein:
Vettel & Co. werden niemals die genauen Vorgänge im Kontakt von Reifen und Straße auch nur annähernd so gut erfassen können, wie es die Wissenschaftler tun, die die Reifen entwickeln. Damit sind sie absolut darauf angewiesen, sich ein (mathematisch) falsches, aber eingängiges Bild der Situation zu machen. Weiche Mischung klebt gut, verschleißt aber auch schnell………stimmt zwar nicht wirklich immer, aber als Faustregel für den Rennsport ok. In der Fahrschule reicht sogar eine Faustregel über den Bremsweg aus, mehr braucht man nicht zu wissen.

Genauso ist es doch beim Fliegen: die genaue Beschreibung der Auftriebsentstehung ist längst gegessen und vollständig verstanden. Es gibt allerdings – wie beim Autoreifen – leider sehr viele Effekte, die gegenläufig wirken. Deshalb reicht das Verständnis alleine nicht aus, sondern es müssen viele Versuche gemacht werden, um die gegenläufigen Einflussgrößen gegeneinander auszubalancieren.
In der Alltagsfliegerei ist es unmöglich, die Auftriebsentstehung in ihrer vollständigen Beschreibung einfließen zu lassen – deshalb ist die Lehrliteratur auch nicht auf wissenschaftlichem Niveau. Ein griffiges Bild – oben rum ist der Weg weiter – ist völlig ausreichend, auch wenn es falsch ist! Eine Formel – braucht kein Mensch! Auch der Wettbewerbsflieger benötigt nicht das vollständige Wissen um die Auftriebsentstehung. Bis er da alle relevante Literatur gelesen hat (die man nicht googeln kann, sondern oftmals teuer kaufen muss!), ist die Flugsaison längst rum und er noch nicht mal vom Schreibtisch aufgestanden. Auch er braucht ein griffiges Bild! Etwas detaillierter als der Otto-Normalflieger, aber bei weitem nicht annähernd auf dem wissenschaftlichen Niveau.

Bei der Frage, ob Deine Theorie besser geeignet ist, als die „Weglängentheorie“ und somit für den Wettbewerbsflieger interessant, müsstest Du mit Deiner Theorie mehrere Beobachtungen erklären können, die in der Praxis mit einfachen Mitteln messbar sind:
(1) Warum ist oberhalb der Tragfläche die Strömung schneller als die Fluggeschwindigkeit und unterhalb der Tragfläche langsamer als die Fluggeschwindigkeit. Beides problemlos messbar, muss also erklärt werden können.
(2) Wo ist der Gegenspieler zum Anfahrwirbel im „Kaffeelöffelexperiment“ bzw. wo kommt der gegenläufige Wirbel beim Abstoppen her?. Alternativ kann man sich die Wirbelbildung beim Ruderboot ansehen und entsprechende Analogieschlüsse ziehen. In der wissenschaftlichen Literatur ist daraus logisch zwingend die mathematische Beschreibung der Zirkulation abgeleitet……
(3) Warum erzeugt eine Tragflächenstruktur bei der Bewegung in Luft Auftrieb, die gleiche Struktur in Wasser ebenfalls, in Glycerin aber plötzlich nicht mehr?

Man könnte den Fragen noch einige weitere hinzufügen, aber es reicht vielleicht, Deine Erklärungen darauf anzuwenden und zu sehen, ob sie der „Weglängentheorie“ von der Erklärungstiefe überlegen ist bzw. ob sie als erweitertes, vereinfachtes Modell der (längst verstandenen) Auftriebserzeugung Vorteile bringt. Das die Erklärung über die Trägheit falsch ist, das ist nämlich leider ebenfalls bekannt! Letztendlich ist es sogar fast egal, sich bei griffigen Bildern über den Grad der Falschheit zu streiten. Entweder man geht wissenschaftlich voll in die Tiefe.....sehr mühsam und nur für beruflich damit verbundene Personen sinnvoll, oder man kommt irgendwann an den Punkt, wo mein ein einfaches, aber eben falsches Bild zeichnet.

So long,
beste Grüße,
Steffen

Edit: noch ein wichtiger Punkt, den man berücksichtigen muss: wenn die Jungs beim RedBull Air Race fliegen, dann befindet sich der Smoker schön im Strömungsfeld der Tragfläche. Man kann mit der Rauchspur sehr gut beobachten, dass im Horizontalflug die Luft hinter der Maschine nur ganz langsam absinkt. Das sie das tut, ist klar - ohne den Effekt wären Propeller doch recht wirkungslos Ziehen sie jetzt die Maschine mit 10g eng nach oben, dann muss der Flügel plötzlich den 10-fachen Auftrieb erzeugen. Da die Fluggeschwindigkeit in der kurzen Zeit des 10g – Bogens praktisch gleich bleibt, müsste nun die Rauchspur brutal nach unten vom Flügel weggeblasen werden, wenn der Auftrieb hauptsächlich von der Umlenkung des Luftstroms erzeugt werden würde. In der Praxis kann man allerdings sehr leicht beobachten, dass das nicht der Fall ist – die Wirbel, die durch den Rauch sehr gut sichtbar werden, werden deutlich feinteiliger und erhöhen ihre Drehgeschwindigkeit extrem………..

[seidenschwan]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

....hier

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

Gruß, Bernhard

Interessant, Steht doch dort:

"Ein Flugzeug fliegt, weil es mit seinen Flügeln Luft nach unten drückt,
die Rückstoßkraft daraus geht nach oben und ist die Auftriebskraft"

Erscheint mir logisch und nichts anderes zu sein als Wenn ich mit der Hand aus dem fahrenden....

Das dort geschriebene ist auch perfekt verständlich zu Papier gebracht..
Johann

[soundglider]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Tja, der Kernsatz ist grundsätzlich bei Betrachtung der richtigen Systemgrenzen korrekt und beschreibt die Erhaltung des Impulses. Für den Laien wird dadurch aber nicht verständlich, warum ein gewölbtes Profil auch bei 0 Anstellwinkel Auftrieb generiert. Die von Apel so toll postulierte "Aerokinetische Grundformel" ist somit einfach falsch, genau wie viele andere Dinge, die er auf der Homepage beschreibt, oft wegen falsch definierten Systemgrenzen oder falschen Modellannahmen.

Lesen -> verstehen, bei nicht verstehen nochmal lesen: https://drive.google.com/file/d/0B7Y...Nmb21PbEk/view (Fragen gerne per Mail oder PM)

[bigben]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Sebastian,
sehr schön verständlich formuliert - Besten Dank - allein der Laie wird spätestens dann ratlos, wenn er das alles, inkl der Verlinkungen gelesen hat, und gar nicht mehr weiß was davon jetzt nun richtig ist oder auch eben nicht, weil ja dann wohl auch "Wissende" sich über manche Dinge eben uneins sind.

Ich habe da noch eine Teil -Frage zum Thema, schicke ich mal als PN, wenn´s Recht ist.

Danke bigben

[seidenschwan]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Ich versuch nochmal noch Kürzer und noch Simpler.- Ich weis dass wieder alle sagen werden es stimmt nicht.
Aber alles was ich hier lese bedeutet halt doch nichts anderes als:

Ein bewegter Flügel verdrängt Luft und wird dadurch eben selbst in die andere Richtung verdrängt- Das heißt( im Prinzip) fliegen.
Darum geht fliegen nicht im Vakuum. Wo nichts verdrängt werden kann kann auch nichts verdrängt werden

Johann

[Willi Wombat]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

Ein bewegter Flügel verdrängt Luft und wird dadurch eben selbst in die andere Richtung verdrängt

N Dann müsste ein tragendes Flügelprofil wie etwa beim Schirm dessen Buckel ja die Luft nach oben wegdrängt selber nach unten "fliegen" oder?

Das dort geschriebene [http://www.flugtheorie.de/AUFTRIEB.HTM] ist auch perfekt verständlich zu Papier gebracht.

Nur weil Du es verstehst ist es deswegen noch nicht richtig.
Fällt dir nicht auf, dass auf der zitierten Seite ein unglaublich schlauer Mensch alles besser weiss wie die renommiertesten Physiker der letzten 100 Jahre und das dann auch noch ganz locker aus dem Handgelenk mit plaktiven Pauschalaussagen erklärt?
Solche Schemata kennt man auch von politischen oder religiösen Extremisten jeglicher Couleur, von Leuten die mit Ausserirdischen sprechen oder in ihrem früheren Leben Karl der Große waren.

[m.a.r.t.i.n]

AW: Auftrieb durch die Massenträgheit der Luft

tut er ja Gott sei dank auch - es ist noch kein Motorloser in ruhiger Luft nach oben geflogen/gefallen