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

Welche Bedingung muss fürs Fliegen erfüllt sein? Statischer Auftrieb durch Dichteunterschiede Archimedisches Prinzip (Gewicht= Teilchengewicht x Anzahl der Teilchen) Die verdrängte Luft wiegt genauso viel oder mehr als der Ballon; der Gewichtsunterschied erzeugt die Auftriebskraft. Dynamischer Auftrieb durch Druckunterschiede 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 Rückstoßprinzip (Impulssatz): Masse des brennenden Gasgemischs x Gasausströmgeschwindigkeit = Masse der Rakete x Steiggeschwindigkeit Welche Bedingung muss fürs Fliegen erfüllt sein? Gleichgewicht der Kräfte Schautafel 2

Auftrieb durch Dichteunterschiede (Archimedisches Prinzip) Archimedisches Prinzip beim Wasser Das 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 Luft Die 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) Heißluftballon (warme Luft ist „leichter“ als kalte Luft) Gasballons (Helium ist „leichter“ als Luft) Schautafel 3

Auftrieb durch Druckunterschiede (Bernoulli‘sches Gesetz) Gewichtskraft Auftriebskraft Auftriebskraft Bei symmetrischer Anströmung und symmetrischem Flügelprofil wird kein Auftrieb erzeugt. Gewichtskraft Flügelprofil Bei unsymmetrischer Anströmung entsteht zwischen Ober- und Unterseite eine Druckunterschied, der den Auftrieb erzeugt. 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 Schautafel 4

Flügelprofil Motorflugzeug Schautafel 5 Luft 3

Rückstoßprinzip – Impulssatz m1 x v1 = m2 x v2 Rakete Tanzender Gartenschlauch Rückstoßprinzip – Impulssatz m1 x v1 = m2 x v2 Kanone Tintenfisch Der Tintenfisch presst Wasser aus seiner Mantelhöhle durch einen röhrenförmigen Trichter und schießt dadurch torpedoartig nach vorn. Schautafel 6 Luft 3 Newton‘sches Pendel