Flugobjekte und ihre Flughöhen

Quelle: Unterricht Chemie - Band 6: Luft; Verlag Aulis Deubner&Co (ifbz) Chemie Universität Frankfurt/M. Schautafel 1

Statischer Auftrieb durch Dichteunterschiede

Dynamischer Auftrieb durch Druckunterschiede

Archimedisches Prinzip (Gewicht= Teilchengewicht x Anzahl der Teilchen) Die verdrängte Luft wiegt genauso viel oder mehr als der Ballon; der Gewichtsunterschied erzeugt die Auftriebskraft.

Rückstoßprinzip (Impulssatz):Masse des brennenden Gasgemischs x Gasausströmgeschwindigkeit = Masse der Rakete x Steiggeschwindigkeit

Aerodynamisches Paradoxon (Bernoulli‘sches Gesetz): In strömender Luft entsteht Unterdruck; je schneller die Luft strömt, desto größer wird der entstehende Unterdruck gegenüber der Umgebungsluft. Die Druckunterschiede am Flügelprofil erzeugen die Auftriebskraft.

Vortrieb durch schnell ausströmende Masse

Raketengewicht

Rückstoß

Ausströmende Masse

Welche Bedingung muss fürs Fliegen erfüllt sein?Gleichgewicht der Kräfte

Schautafel 2

Heißluftballon (warme Luft ist „leichter“ als kalte Luft) Gasballons (Helium ist „leichter“ als Luft)

Archimedisches Prinzip beim WasserDas Kneteboot schwimmt, wenn das Gewicht des verdrängten Wassers (straffiert eingezeichnet) mindestens so groß ist wie das Gewicht des Knetebootes. Das verdrängte Wasser erzeugt die Auftriebskraft.

Die Knetekugel dagegen verdrängt sehr viel weniger Wasser als das Kneteboot. Die Knetekugel wiegt mehr als das von ihr verdrängte Wasser; daher geht die Knetekugel unter.

Archimedisches Prinzip bei der LuftDie vom Ballon verdrängte Umgebungsluft ist entweder gleich schwer wie der Ballon oder schwerer als der Ballon. Der Ballon steigt, wenn das Gewicht der verdrängten Luft größer ist als das Gewicht (die Gewichtskraft) des Ballons

Auftrieb durch Dichteunterschiede (Archimedisches Prinzip)

Schautafel 3

Gewichtskraftder Knetekugel

Von der Knetekugelverdrängtes Wasser

Auftriebskraft des Wassers

Luftteilchen

Vom Boot verdrängtes Wasser

Gewichtskraftder zu einem Boot geformten Knetekugel

Auftrieb durch Druckunterschiede (Bernoulli‘sches Gesetz)

• In strömender Luft entsteht Unterdruck gegenüber der umgebenden Luft.• Je stärker die Strömung desto größer der Unterdruck.

Bei gewölbten Flügelprofilen fließt die Luft an der Oberseite schneller und erzeugt einen Unterdruck gegenüber der umgebenden Luft; an der weniger gewölbten Unterseite strömt sie weniger schnell, so dass der Unterdruck gegenüber der Umgebungsluft kleiner ist als der an der Oberseite. Der Druckunterschied zwischen der Ober- und Unterseite bewirkt den Auftrieb.

Diese Effekte werden verstärkt, wenn die Flügelprofile gegen die Windströmung angestellt sind

Bei symmetrischer Anströmung und symmetrischem Flügelprofil wird kein Auftrieb erzeugt.

Gewichtskraft

Auftriebskraft

Gewichtskraft

Auftriebskraft

Flügelprofil

Schautafel 4

Bei unsymmetrischer Anströmung entsteht zwischen Ober- und Unterseite eine Druckunterschied, der den Auftrieb erzeugt.

Schautafel 5Luft 3

Motorflugzeug

Flügelprofil

•Tanzender Gartenschlauch

Rückstoßprinzip – Impulssatzm1 x v1 = m2 x v2

Der Tintenfisch presst Wasser aus seiner Mantelhöhle durch einen röhrenförmigen Trichter und schießt dadurch torpedoartig nach vorn.

• Rakete

• Kanone

• Newton‘sches Pendel

•Tintenfisch

Schautafel 6Luft 3