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physik artikel (Interpretation und charakterisierung)

Warum fliegt ein flugzeug?


1. Atom
2. Motor

Das Zusammenspiel der Kräfte beim Fliegen lässt sich gut am Flugzeug veranschaulichen (Bild). Der Auftrieb gleicht das Gewicht aus, der Vortrieb (Schub), den die Triebwerke erzeugen, überwindet den Widerstand. Ein Flugzeug beginnt zu steigen, wenn der Auftrieb größer ist als die Gewichtskraft. Auftrieb ist die Kraft, die einen speziell geformten Körper gleichzeitig nach oben zieht und von unten her drückt. In der Physik unterscheidet man zwei Arten von Auftrieb: den statischen und den dynamischen Auftrieb. Der statische Auftrieb ist bei unbewegten Körpern wie den Heißluftballonen zu beobachten. Im Gegensatz dazu muss beim dynamischen Auftrieb entweder das fliegende Objekt oder die umströmende Luft in Bewegung gesetzt werden. Also entweder bewegt sich das Flugzeug oder die Luft bewegt sich für das Flugzeug. Da die Luft bei einem Jumbo-Jet leider nichts ausrichten kann, muss sich dieser selber bewegen um fliegen zu können. Wie es nun ein Flugzeug schafft zu fliegen, werdet ihr jetzt gleich erfahren. Beim dynamischen Auftrieb gibt es zwei ganz bestimmte Druckverteilung an den Tragflächen eines Flugzeugs. Über dem Flügel entsteht ein Unterdruck und unter dem Flügel ein Überdruck. Die Form eines Flügels ist deshalb im Profil tropfenähnlich und zum Ende hin verjüngend. Aufgrund dieser Form muss die Luft, die über die Flügeloberseite strömt, einen längeren Weg zurücklegen als die, die unten lang strömt. Dabei ist die Luft, die über der Tragfläche entlang strömt sogar noch schneller, als die unter der Tragfläche. So entsteht ein Überdruck an der Unterseite und ein Unterdruck an der Oberseite der Tragfläche. Dieser Unterdruck saugt das Flugzeug förmlich nach oben, der Überdruck schiebt von unten - das Flugzeug fliegt in der Luft. Dieser Sog-Effekt ist nach dem Physiker Daniel Bernoulli benannt. Den Effekt kann man mithilfe eines kleinen Experiments veranschaulichen (Experiment: die Ecken eines DIN A4 Blattes werden übereinander gelegt. Diesen improvisierten Flügel legt man mit dem Ende an die Lippe und pustet. Es ist zu beobachten, dass sich der Flügel nach oben bewegt = Bernoulli Effekt).

Ein Beispiel: Fliegt ein Flugzeug auf einem waagerechten Kurs, gleicht der von den Flügeln und den anderen Bauteilen beigetragene Auftrieb das Gewicht des Flugzeugs aus. Wenn der Anstellwinkel bei gleich bleibender Geschwindigkeit erhöht wird, wird das Flugzeug bis zu einem gewissen Grad steigen. Wird der Anstellwinkel verringert, d.h., wird der Flügel nach unten geneigt, verliert das Flugzeug an Auftrieb und beginnt zu sinken. Außerdem wird ein Flugzeug aufsteigen, wenn die Geschwindigkeit erhöht wird, und sinken, wenn die Geschwindigkeit verringert wird. Diese Theorie wollen wir euch dann noch praktisch demonstrieren. Zusammenfassend kann man sagen, dass der Auftrieb das Flugzeug in der Luft hält. Aber irgendwie muss sich das Flugzeug auch vorwärts bewegen. Mittels des Antriebs der Triebwerke muss das Flugzeug genug Vortrieb erzeugen, um den Widerstand zu überwinden. Der Widerstand ist bedingt durch Reibung am Flugzeug. Es gibt verschiedene Arten von Vortrieb: Vortrieb ohne Eigenantrieb (z.B. Lilienthals Flugmaschine bzw. Segelflieger), Vortrieb mit Muskelkraft (z.B. Leonardo da Vincis Entwürfe) und der Vortrieb heutiger Flugmaschinen. Maßgeblich am Vortrieb beteiligt ist das Flugwerk und die sich dort befindlichen Turbinen. Turbinen sind Vorrichtungen zur Umwandlung von einer Strömung (kinetische Energie) in eine Drehbewegung (ebenfalls kinetische Energie). Natürlich muss das Flugzeug erst einmal vom Boden abheben, bevor es in den Himmel steigen kann. Daher braucht jedes Flugzeug, abhängig von Gewicht und der tragenden Fläche, eine gewisse Mindestgeschwindigkeit. Wenn diese Geschwindigkeit unterschritten wird, wird der Flügel nicht mehr glatt umflossen und das Flugzeug fällt wie ein Stein vom Himmel. Doch oft werden die Strömungsverhältnisse absichtlich verändert z.B. um den Landeanflug zu beginnen. Dabei werden die sogenannten Landeklappen ausgefahren, die die Wölbung des Flugzeugs verstärken und es abbremsen können. Sollte dies nicht passieren, müsste ein Jumbo-Jet mit 400 km/h statt der üblichen 260 km/h aufsetzen.

 
 

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