Dieses Experiment ist äußerst simpel, demonstriert aber besonders eindrücklich, warum Flugzeuge und Vögel fliegen können. Vor allem aber kann man den Auftrieb, den ein Flugzeug oder Vogel erfährt, an der eigenen Hand erleben.
Was wird gebraucht?
- Hand
- Fahrtwind
Was ist zu tun?
Diesen Versuch macht man am besten in einem fahrenden Auto. Dort hält man die Hand aus dem Fenster wie auf dem Foto gezeigt (Vorsicht bitte, nicht bei allzu schneller Fahrt, am besten auf der Landstraße) und erlebe, was passiert.
Was ist geschehen?
Hält man die Hand wie auf dem Foto gezeigt aus dem Autofenster, so erfährt sie einen ordentlichen Auftrieb. Einen solchen Auftrieb bekommen auch die Flügel eines Flugzeuges zu spüren, wenn diese eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht haben. Der Auftrieb wiederum kommt zustande, weil über dem Flügel ein geringerer Druck herrscht als unter dem Flügel. Dies trifft natürlich auch auf den Fall zu, dass ein Vogel fliegt.
Zu den Ursachen: Warum fliegen Flugzeuge und Vögel?
Der Coanda-Effekt: Gase und Flüssigkeiten strömen entlang gekrümmter Flächen, wenn die Krümmung nicht zu stark ist. Ohne diesen Effekt flöge nichts.
Der Bernoulli-Effekt: Luft strömt an den Tragflächen vorbei. Oberhalb der Flügel hat sie weniger Platz, sie wird verdichtet und fließt schneller. Zugleich entsteht ein Unterdruck, der wiederum einen Auftrieb nach oben erzeugt (siehe Grafik). Dies allein reicht jedoch noch nicht, um ein Flugzeug tatsächlich zum Abheben zu bringen.
Hinzu kommen Anfahrtwirbel. Wirbel können immer nur paarweise auftreten (Drehimpulserhaltung). Die oberen Wirbel reißen ab, die unteren führen zur sogenannten Zirkularströmung (siehe Grafik). Tatsächlich fließt diese Luft natürlich nicht zirkular um den Flügel, denn dies wird sofort von der entgegenkommenden Luft verhindert: Parallel- und Zirkularströmung überlagern sich. Dadurch wird die Luft oberhalb der Tragflügel beschleunigt und unterhalb abgebremst. Dies führt zu starkem Unterdruck und damit zu einem Sog oberhalb und zu einem Überdruck unterhalb der Tragflächen: Das Flugzeug oder der Vogel heben schließlich ab.
Hinweis: Diese Erklärung zum Thema „Warum fliegen Flugzeuge und Vögel?“ ist natürlich stark vereinfacht. Es gibt ja allerlei Arten von Vögeln sowie von Flugzeugen mit völlig unterschiedlichen Tragflächen. Auch auf Fälle wie den Überschallflug und den Flug von Raketen trifft diese Erklärung nicht zu. Außerdem gibt es noch einige andere Faktoren, die bei der Physik des Fliegens eine Rolle spielen. Dazu zählen zum Beispiel Randwirbel und der Anstellwinkel der Flügel. Das Grundprinzip wird aber gut deutlich.
Der Anstellwinkel spielt auch insofern eine Rolle als Luft je nach Winkel mehr oder weniger nach unten abgelenkt wird und nach dem dritten Newtonschen Axiom jede Kraft eine gleich große Gegenkraft erzeugt. Im Falle eines Flügels wirkt diese Kraft nach oben. Wichtig ist dies vor allem bei Fluggeräten, die Tragflächen ohne Wölbung haben – Papierflieger zum Beispiel.
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