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Studenten der Physik und der Aerodynamik wird erklärt, dass Flugzeuge auf der Grundlage von Bernoullis Prinzip fliegen, das besagt, dass der Druck von beschleunigter Luft sinkt. So erzeugt ein Flügel demnach Auftrieb, weil sich die Luft über der Oberseite schneller bewegt, dadurch einen Bereich von Unterdruck verursacht, und damit Auftrieb. Diese Erklärung befriedigt Wissbegierige normalerweise und nur wenige hinterfragen die Folgerungen. Einige wundern sich vielleicht, warum sich die Luft über der Oberseite des Flügels schneller bewegt, und das ist der Punkt, worin sich die populäre Erklärung des Auftriebs unterscheidet.
Um zu erklären, warum sich die Luft über die Oberseite des Flügels schneller bewegt, haben viele auf das geometrische Argument zurückgegriffen, dass die Strecke, die die Luft überwinden muss, direkt mit ihrer Geschwindigkeit zusammenhängt. Die übliche Behauptung ist, dass der Teil der Luft, der sich bei der Verzweigung an der vorderen Flügelkante über die Oberseite bewegt, an der Hinterkante des Flügels wieder mit dem Teil zusammentreffen muss, der an der Unterseite entlang geströmt ist. Das ist der sogenannte 'Grundsatz der gleichen Durchgangszeiten'.
Wie von Gail Craig besprochen (Stoppt den Missbrauch von Bernoulli! Wie Flugzeuge wirklich fliegen, Regenerative Press, Anderson, Indiana, 1997), lassen Sie uns annehmen, dass dieses Argument zutreffend wäre. Die durchschnittlichen Geschwindigkeiten der Luft über und unter dem Flügel können leicht festgestellt werden, weil wir die Distanzen messen können und folglich die Geschwindigkeiten errechnet werden können. Wegen Bernoullis Prinzip können wir dann die Druckkräfte und damit den Auftrieb feststellen. Würden wir eine einfache Berechnung anstellen, könnten wir herausfinden, dass für ein typisches kleines Flugzeug zur Erzeugung des erforderlichen Auftriebs die Strecke auf der Oberseite des Flügels ungefähr 50% größer sein müsste als an der Unterseite. Bild 1 zeigt , wie solch eine Tragfläche aussehen würde. Jetzt stellen Sie sich vor, wie der Flügel einer Boeings 747 aussehen würde!
Wenn wir den Flügel eines typischen Kleinflugzeugs betrachten, der auf der Oberseite eine Fläche hat, die 1,5 - 2,5 % größer als die der Unterseite ist, stellen wir fest, dass eine Cessna 172 mit über 600 KMH würde fliegen müssen, um genügend Auftrieb zu erzeugen. Offenbar ist etwas in dieser Beschreibung des Auftriebs falsch.
Aber wer sagt eigentlich, dass sich die getrennten Luftströme an der Hinterkante gleichzeitig treffen müssen? Bild 2 zeigt den Luftstrom über einem Flügel in einem simulierten Windtunnel. In der Simulation wird farbiger Rauch regelmäßig verwendet. Man kann dann erkennen, dass die Luft, die sich über die Oberseite des Flügels bewegt, an der Hinterkante beträchtlich vor der Luft ankommt, die unter dem Flügel strömt. Tatsächlich zeigen sorgfältige Kontrollen, dass die Luft, die unter dem Flügel entlang strömt, von der Geschwindigkeit der 'frei-strömenden' Luft verlangsamt wird. Soviel zum Grundsatz der gleichen Durchgangszeiten.
Die populäre Erklärung würde auch bedeuten, dass Rückenflug unmöglich ist. Das gilt zweifellos nicht für Kunstflugzeuge mit symmetrischen Flügeln (die Ober- und Unterseiten haben die gleiche Form) oder wie sich ein Flügel bei den großen Änderungen in der Belastung beim Ausleiten eines Sturzflugs oder in einer Steilkurve verhält.
Aber warum hat die populäre Erklärung für so lange Zeit vorgeherrscht? Eine Antwort ist, dass Bernoullis Prinzip einfach zu verstehen ist. Es ist nichts falsch an Bernoullis Prinzip oder an der Aussage, dass die Luft über der Oberseite des Flügels schneller strömt. Aber, wie weiter oben dargelegt, ist unser Verständnis mit dieser Erklärung nicht komplett. Das Problem ist, dass wir ein lebenswichtiges Stück vermissen, wenn wir Bernoullis Prinzip anwenden. Wir können den Druck um dem Flügel errechnen, wenn wir die Geschwindigkeit der Luft über und unter dem Flügel kennen, aber wie können wir die Geschwindigkeit feststellen?
Ein anderer grundlegender Mangel der populären Erklärung ist, dass sie die Arbeit ignoriert, die aufgewendet wird. Auftrieb erfordert Leistung (die Arbeit pro Zeit ist). Wie später gezeigt wird, ist ein Verständnis der Leistung der Schlüssel zum Verständnis von vielen der interessanten Phänomene des Auftriebs..
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