5. Auftrieb in Luft – Traum vom Fliegen 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

5.1 Statischer Auftrieb in Gasen Wiederhole: Auftrieb in Flüssigkeiten. Jeder Körper verdrängt Luft. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Wir leiten CO2 in das Becherglas, ein. Versuch: Auftriebswaage befindet sich in einem Becherglas und ist in Luft im Gleichgewicht. Wir leiten CO2 in das Becherglas, ein. Ergebnis: Der Auftrieb in CO2 ist größer als in Luft, weil das Gewicht des verdrängten CO2 größer ist. Die Kugel steigt. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Wir pumpen den Rezipienten aus. Versuch: Auftriebswaage befindet sich unter dem Rezipienten einer Vakuumpumpe und ist in Luft im Gleichgewicht. Rezipient Wir pumpen den Rezipienten aus. Ergebnis: Der Auftrieb im Vakuum ist kleiner als in Luft, weil fast keine Luft verdrängt wird. Die Kugel sinkt. → Der Auftrieb ist gleich dem Gewicht der verdrängten Luft (des verdrängten Gases). 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Anwendungen des Auftriebs Luftballon: Gebrüder Montgolfiere (1783) Aufstieg der Montgolfière am 21. November 1783 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Anwendungen des Auftriebs Wir unterscheiden: Gasluftballon: Dieser wird mit Helium gefüllt (leichter als Luft). Früher verwendete man Wasserstoff, dieser ist aber brennbar und daher sehr gefährlich. Heißluftballon: Er wird mit heißer Luft gefüllt. Luftballone können nur durch die Winde gesteuert werden. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Dabei erreichten sie eine Rekordhöhe von 11.737 Metern. Bertrand Piccard startete am 1. März 1999, zusammen mit dem Briten Brian Jones als Co-Pilot, mit dem Breitling Orbiter 3 in Château-d'Œx in der Schweiz und landete nach 46.759 Kilometern Flug am 21. März 1999 in der Wüste in Ägypten. In 19 Tagen, 21 Stunden und 55 Minuten schaffte er die erste Weltumrundung ohne Zwischenlandung. Er hat damit den längsten Flug sowohl in Dauer als auch in Entfernung der ganzen Luftfahrtgeschichte verwirklicht und insgesamt 7 Weltrekorde aufgestellt. Dabei erreichten sie eine Rekordhöhe von 11.737 Metern. Buch: Bertrand Piccard, Brian Jones: Mit dem Wind um die Welt. http://www.pilotundluftschiff.de/3890291457.htm 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Luftschiffe - Zeppelin Sie werden wie ein Gasballon durch einen mit Helium gefüllten Körper getragen. Sie werden durch einen Propeller angetrieben und sind steuerbar. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Technische Daten der LZ N07 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Überlege und beantworte: Welches Volumen müsste ein wasserstoffgefüllter Ballon mindestens haben, damit er dein Gewicht tragen kann? Vernachlässige dabei das Gewicht des Ballons! Um das Wievielfache ist der Auftrieb im Wasser größer als in der Luft? Ist der Auftrieb eines Heißluftballons im Sommer oder im Winter größer? Schätze ab, wie groß der Auftrieb deines Körpers in der Luft ist! Spielt er bei der Gewichtsmessung eine Rolle? Warum steigt warme Luft auf? 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Antrieb und Steuerung Die Heckpropelleranordnung Beim Zeppelin NT bildet die Hülle auch gleichzeitig die einzige Gaszelle. Ihr Volumen beträgt beim NT 07 8225 m³ bei einer Länge von 75 und einem Durchmesser von 14,2 Metern. Sie besteht aus einem dreischichtigen Laminat und ist mit Helium gefüllt. Antrieb und Steuerung Die Heckpropelleranordnung Mit seinen drei 5,9-Liter-Vierzylinder-Boxermotoren vom Typ Textron Lycoming IO-360 mit einer Leistung von je 147 kW und den schwenkbaren Luftschrauben verfügt der Zeppelin NT über sehr gute Manövriereigenschaften.. Rekorde Der Zeppelin NT 07 ist seit seinem Erstflug das größte aktive Luftschiff der Welt (Stand Ende 2005). Am 27. Oktober 2004 stellte der amerikanische Milliardär und Abenteurer Steve Fossett, Er durchflog eine 1000-m-Messstrecke in beiden Richtungen mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 111,8 Kilometern in der Stunde. Der alte Rekord eines Lightship A-60+ vom 19. Januar 2000 lag bei 92,8 Kilometern in der Stunde. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

5.2 Der Luftwiderstand Luftwiderstand im Alltag: Gehen im Wind. Radfahren bei Gegenwind. Häuser werden vom Wind „umströmt“. Versuch: Wir stellen eine Platte in die Strömung von Wasser (in Luft ist das ähnlich). Ergebnis: An der Rückseite der Platte bilden sich Wirbel. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Versuch: Auf einer Drehwaage befestigen wir verschiedene Körper, die von einem Luftstrom angeblasen werden. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Messanordnung zur Messung des Strömungswiderstandes 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

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Messung des Strömungswiderstandes: Widerstandskraft Kugelschale ……. Kreisscheibe Kugel Kugelschale Stromlinienkörper 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Wirbelwiderstand: Newtonreibung cW ... Widerstandsbeiwert Kugelschale 0,2 (v klein) – 0,45 (v groß) 1,4 – 1,6 1,1 0,4 0,05 0,3 – 0,4 Kreisscheibe Kugel Kugelschale Stromlinienkörper Auto Ende 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Der Luftwiderstand nimmt mit der Strömungsgeschwindigkeit und mit der Querschnittsfläche des Körpers zu. Er hängt außerdem von der Form des Körpers ab. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Strömungswiderstand 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Stromlinienbilder 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

laminar turbulent Stromlinienbilder (Rauch in schnellströmender Luft) 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Halbkugelschale Halbkugel mit Loch 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

laminar turbulent 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Strömungslehre Aerodynamischer Auftrieb 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

5.3 Aerodynamischer Auftrieb Ruhende Luft übt auf einen Körper einen statischen Druck aus. Wie ist das bei strömender Luft? Versuch: Zwei Postkarten werden aufgehängt. Bläst man einen Luftstrom durch die beiden, bewegen sie sich. Ergebnis: In strömender Luft ist der Druck auf die angrenzenden Flächen umso geringer, je größer die Strömungsgeschwindigkeit ist. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Zerstäuber Wasserstrahlpumpe Anwendungen: Wasser Luft 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Hast du schon in einer Dusche mit Duschvorhang geduscht? Was bemerktest du dabei? Was bemerkst du, wenn du mit dem Fahrrad unterwegs bist und ein LKW mit relativ hoher Geschwindigkeit an dir vorbeifährt? Auch das Abdecken eines Hausdaches durch den Wind kann durch den Unterdruck, den strömende Luft hervorruft, erklärt werden. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Miss den Auftrieb bei verschiedenen Anstellwinkeln! Versuch: Miss den Auftrieb bei verschiedenen Anstellwinkeln! Ohne Wind: FG = ……… Mit Wind: 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

5. Auftrieb in Luft – Fliegen

5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Anstellwinkel m FG =m·g Dynamischer Auftrieb α = 5° α = 10° α = 15° Gewicht ohne Wind: FG = Anstellwinkel m FG =m·g Dynamischer Auftrieb α = 5° α = 10° α = 15° α = 20° Der Anstellwinkel sollte nicht zu groß und nicht zu klein sein. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Erklärung des dynamischen Auftriebs Aufgrund elastischer Stöße werden die Luftmoleküle auf der Tragflächenunterseite nach unten umgelenkt. Wegen der leichten Krümmung und Neigung der Tragfläche werden auf der Oberseite die Stromlinien zusammengedrängt. Dort entsteht ein Unterdruck, unterhalb ein Überdruck. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Dadurch nimmt die obere Geschwindigkeit etwas zu, die untere etwas ab. Aufgrund der unterschiedlichen Wege zwischen unten und oben und wegen der Reibung an der Tragfläche bildet sich hinter dem Flügel ein Anfahrwirbel. Dieser hat eine entgegengesetzte Zirkulation um den Tragflügel zur Folge. Dadurch nimmt die obere Geschwindigkeit etwas zu, die untere etwas ab. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

v p Magnuseffekt Magnuseffekt oben oben unten unten 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Topspin - Slice Topspin Slice 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

v p Tragflügel eines Flugzeugs oben oben unten unten 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Der dynamische Auftrieb entsteht also durch mehrere Effekte: Den Stoßeffekt Durch einen Überdruck an der Unterseite und einen Unterdruck auf der Oberseite des Tragflügels. Der aerodynamische Auftrieb eines Flügels hängt ab von seiner Form, seiner Größe, vom Anstellwinkel, von der Geschwindigkeit und von der Dichte der ihn umgebenden Luft. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Kräfte am Flugzeug Dynamischer Auftrieb Reibung Vortrieb Gewicht Der dynamische Auftrieb gleicht das Gewicht aus, die Schubkraft überwindet den Luftwiderstand. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Wie steuert man ein Flugzeug? Lies Buch Gollenz u. a. Physik 2 Seite 76ff. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Wie steigt ein Flugzeug? Steuerungseinrichtungen: Steuerhorn/Steuerknüppel und die beiden Seitenruderpedale Beantworte: Wie steigt ein Flugzeug? Wie erfolgt eine Kurve? Wie funktioniert ein Hubschrauber? 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Wie steigt ein Flugzeug? Wird der Steuerknüppel oder das Steuerhorn zurückgezogen, richten sich die Höhenruder auf, wodurch das Heck gesenkt wird und der Bug für den Aufstieg hochgehoben wird. Mit der Vorwärtsbewegung des Steuerknüppels oder Steuerhorns wird die entgegengesetzte Wirkung erzeugt, so dass das Flugzeug nach unten fliegt. Wie erfolgt eine Kurve? Die Seitenruder sorgen für die Drehbewegung. Zusammen mit den Querrudern verändern sie den Kurs des Flugzeuges nach links oder rechts. Wird der rechte Seitenruderfuß betätigt, bewegt das Seitenruder das Flugzeug um die Hochachse nach rechts. Bewegt man den Steuerknüppel oder das Steuerhorn nach rechts, wird das rechte Querruder aufgerichtet und das linke heruntergeklappt, wodurch das Flugzeug in die rechte Schräglage gebracht wird. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

5. Auftrieb in Luft – Fliegen

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Hubschrauber Taumelscheibe Hubschrauber können senkrecht nach oben und nach vorwärts fliegen. Zum Vorwärtsflug werden die Anstellwinkel der rotierenden Flügel verändert. Der Heckpropeller verhindert eine Drehung des Hubschraubers um die vertikale Richtung. Taumelscheibe 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Geschichtliches zum Flugwesen Lies Buch Gollenz u. a. Physik 2 Seite 80 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Beispiel: Airbus A310 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Statischer Auftrieb in Gasen Auftrieb in Luft 1. Das Gewicht eines Körpers ist im Vakuum □ größer als □ gleich wie □ kleiner als sein Gewicht in Luft. 2. Die Masse eines Körpers ist im Vakuum □ gleich groß wie □ kleiner als seine Masse in Luft. 2 P. Statischer Auftrieb in Gasen 3. Wie groß ist der Auftrieb eines Körpers in einem Gas? 4. Die Tragkraft eines Ballons ist umso größer, je □ größer □ kleiner sein Volumen und je □ größer □ kleiner die Dichte des Füllgases ist. 2 P. Der Auftrieb ist gleich dem Gewicht des verdrängten Gases. 2 P. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

5. Berechne den Auftrieb deines Körpers in der Luft und vergleiche ihn mit deinem Gewicht! Beachte: Maßzahl der Masse in kg ist ungefähr Maßzahl des Volumens in dm3! 3 P. FA = V·ρL·g V ≈ 50 dm3 ρL = 0,00129 kg/dm3 g ≈ 10 N/kg FA = 50·0,00129·10 = 0,645 N Der Luftwiderstand 6. Wodurch wird der Luftwiderstand eines Körpers verursacht? 1 P. Durch den Stau (Überdruck) an der Vorderseite und den Sog (Unterdruck) an der Rückseite des Körpers. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Luftstrom von links. Beginne kleinsten Widerstand mit 1! 7. Wie würdest du die Körper in obiger Abb. nach der Größe ihres Luftwiderstandes ordnen? 2 P. 3 4 2 1 Luftstrom von links. Beginne kleinsten Widerstand mit 1! 8. Der Strömungswiderstand eines Körpers hängt von ab. Er wächst mit der Größe der Form der Querschnittsfläche und der Strömungsgeschwindigkeit. 2 P. 9. Warum ist beim Autofahren der Kraftstoffverbrauch so stark von der Fahrgeschwindigkeit abhängig? 1 P. Weil mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit der Luftwiderstand wächst. Doppelte Geschwindigkeit → vierfacher Luftwiderstand. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen

Aerodynamischer Auftrieb 10. Bei einem Sturm werden die Dachziegel eines Hauses vorwiegend wegen des □ Überdrucks auf der Unterseite, □ Unterdrucks auf der Oberseite abgehoben. 11. Was ist die Voraussetzung für den dynamischen Auftrieb eines Flugzeuges? 12. Ein Ballon kann sich wegen des □ statischen □ dynamischen Auftriebs in der Luft halten. 13. Welchen Vorteil hat ein Hubschrauber gegenüber einem Flugzeug? Er braucht keine Start- bzw. Landebahn. Er kann senkrecht steigen, in der Luft schweben und vorwärts fliegen. 1 P. 1 P. Eine Bewegung gegenüber der umgebenden Luft. Geschwindigkeit muss entsprechend groß sein. Dann sind die drei Effekte (Stoßeffekt, Bernoulli-Effekt und Zirkulationseffekt) wirksam. 1 P. 1 P. 5. Auftrieb in Luft – Fliegen