Flugphysik (Fach) / Auftrieb und Gewichtskraft (Lektion)
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- Warum fliegt ein Flugzeug? Bei einem Flugzeug wirkt die Auftriebskraft der Gewichtskraft entgegen. Die Auftriebskraft muss größer sein, als die Gewichtskraft, damit ein Flugzeug steigen kann.
- Welche Arten von Auftrieb gibt es? statischer Auftrieb: Ein Stoff ist leichter als der ihn umgebende Stoff. Er steigt auf.(Z.B. Heißluftballon) dynamischer Auftrieb: Hier muss das fliegende Objekt oder die umströmende Luft in Bewegung versetzt werden.
- Wodurch wird der dynamische Auftrieb bestimmt? Durch die Druckverteilung an den Tragflächen. An der Oberseite der Tragfläche muss ein Unterdruck und auf der Unterseite ein Überdruck herrschen. Die Druckdifferenz entsteht durch die Luftströmung an den Tragflächen.
- Wie genau entsteht nun der Auftrieb? (Wölbung, Staupunkt, Teilchengeschwindigkeit) Die Luft teilt sich am Flügel am s.g. Staupunkt. Durch die Wölbung des Flügels müssen die Luftteilchen oberhalb der Tragfläche einen längeren Weg zurücklegen, als auf der Unterseite. Deshalb strömen die Luftteilchen auf der Tragflächenoberseite schneller, als auf der Unterseite. Bei höherer Geschwindigkeit entsteht ein Unterdruck und somit ein Sog nach Oben (Gesetz von Bernoulli) Gleichzeitig entsteht auf der Unterseite ein Überdruck. Beide Kräfte bewirken, dass die Flügel und somit auch das Flugzeug aufwärts geschoben werden.
- Welche Kräfte wirken auf ein Flugzeug und wie gleichen sie sich aus? Es wirkt die Gewichtskraft, welche das Flugzeug nach untern zieht. Demgegenüber steht die Auftriebskraft, die das Flugzeug nach oben zieht. Der Luftwiderstand bremst das Flugzeug aus, Der Vortrieb treibt es dementgegen nach vorne.
- Wie kann Auftrieb erhöht werden? 1. durch größere Tragflächen 2. durch schnelleres Fliegen 3. durch einen steileren Anstellwinkel zu 1.: Durch größere Tragflächen und eine stärkere Krümmung des Flügelprofils entsteht mehr Auftrieb. zu 2.: Durch erhöhen der Geschindigkeit steigt der Druckunterschied an den Flügeln und der Auftrieb nimmt zu. zu 3.: Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen Luftstrom und Flügelprofil. Durch nach oben ziehen der Flugzeugnase erhöht sich der Winkel. Dadurch steigt der Luftdruck. Zieht man jedoch zu steil, so erhöht sich auf der Luftwiderstand und die Luftteilchen können der Profilkrümmung nicht mehr folgen. Der Luftstrom bricht irgendwann in Verwirbelungen ab und das Flugzeug gerät ins Stalling und sackt ab.