Aufrieb bei fliegenden Körpern

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen!

Meine Frage ist, ob bei sehr schnell fliegenden Gegenständen (z.b. Gewehrkugel) dynamischer Auftrieb entsteht, auch wenn es keine „Tragfläche“ gibt (einfach eine runde Kugel)
Ich gehen von einem waagrechten Wurf aus.

Idee: Druck ist p = (n*R*T)/V , je schneller ich horizontal! fliege, desto mehr Teilchen muss ich pro Zeit überwinden um auf den Boden zu fallen. Dadurch müsste sich doch Druck von unten aufbauen, die das Objekt zwar nicht steigen lassen, aber den Fall erschweren.

Habe bisher aber nichts gefunden, das das bestätigt. Denkfehler?

Vielen Dank für die Antworten!
Benny

#2

Moin, Benny,

Denkfehler?

möglicherweise: Nach oben werden genau so viele Teilchen verdrängt wie nach unten.

Gruß Ralf

#3

Hallo Benny und Ralf, Graue Theorie lässt an den Dichtegradienten denken, sodaß unter der Kugel immer etwas höherer Staudruck herrscht, als darüber. Gruß, eck.

#4

Hallo

Eine waagerecht abgeschossene Kugel fällt, bzw. sinkt wärend des Fluges in der vergehenden Zeit genau so schnell oder langssam nach unten, wie eine Kugel die du aus der Hand nach unten fallen lässt.

Gruß Ma-kani

#5

Es gäbe da eine Idee :smiley:

Es wäre denkbar, dass sich um die schnell fliegende Kugel
eine Dichteanomalie aufbaut. Sprich die Dichte ist in Kugelnähe
höher. Dazu kommt noch dass die Luft durch die Kompression
wärmer wird. Beides erhöht ihre Viskosität ( einmal die dynamische
und dann die kinematische).
Dies würde zu einer gebremsten Fallbewegung führen, verglichen mit
einer ruhenden Kugel.

Aber nur ein Gedanke, ich habe sowas noch nie gelesen.

Gruss

#6

mit Rotation - ja
Hallo,

wenn die Kugel absolut rund ist und total symmetrisch. Dann stimmt es, wie schon gesagt wurde, dass von oben genausoviele Teilchen drücken wie von unten. Der Dichtegradient ist zu vernachlässigen bei einer so kleinen Kugel.
Wenn die Kugel in Rotation versetzt ist, dann hat man allerdings genau denselben effekt wie bei einer Tragfläche:
Wenn die Kugel auf mich zukommend sich von unten nach oben dreht, dann bewegt sich die luft über der Kugel schneller als darunter. Dadurch kommt es wegen des Bernoulli-Effektes zu einem Auftrieb. Das ist dasselbe Prinzip wie bei der Bananenflanke, nur dass die Flugbahn nicht zur Seite, sondern nach oben gekrümmt ist.
gruß
Simon

#7

Hallo,

Hallo,

Wenn die Kugel in Rotation versetzt ist, dann hat man
allerdings genau denselben effekt wie bei einer Tragfläche:

Stimmt!

Wenn die Kugel auf mich zukommend sich von unten nach oben
dreht, dann bewegt sich die luft über der Kugel schneller als
darunter.

Stimmt auch.

Dadurch kommt es wegen des Bernoulli-Effektes zu
einem Auftrieb.

Mit dieser Behauptung wäre ich sehr vorsichtig. Es kommt zwar zum Auftrieb, aber mit Bernoulli ist das nicht begründbar, sondern vielmehr mit dem Satz von Kutta-Joukowski (http://de.wikipedia.org/wiki/Kutta-Joukowski-Formel)

Das ist dasselbe Prinzip wie bei der
Bananenflanke, nur dass die Flugbahn nicht zur Seite, sondern
nach oben gekrümmt ist.

Genau, da spricht man auch vom Magnus-Effekt (http://de.wikipedia.org/wiki/Magnuseffekt)

gruß
Simon

Gruß
Daniel

1 Like
#8

Hallo Benny,

Auftrieb ist definiert als Kraft senkrecht zur Anströmung (!= Kraft nach oben). Im völlig symmetrischen Fall kann es daher keinen Auftrieb geben, nur Widerstand.

Bei der fallenden Kugel hat die Widerstandskraft eine vertikale Komponente, die dafür sorgt, dass die Kugel langsamer fällt als im reibungsfreien Fall (bzw. beim einfachen loslassen mit verschwindendem Luftwiderstand).

Im asymmetrischen Fall (drehende Kugel bzw. angestelltes, spitzes, durch Rotation stabilisiertes Geschoss) gibt es Auftriebs- und Seitenkräfte die die Bahn zusätzlich beeinflussen.

Gruß
Krokodi

#9

Dadurch kommt es wegen des Bernoulli-Effektes zu
einem Auftrieb.

Mit dieser Behauptung wäre ich sehr vorsichtig. Es kommt zwar
zum Auftrieb, aber mit Bernoulli ist das nicht begründbar,
sondern vielmehr mit dem Satz von Kutta-Joukowski
(http://de.wikipedia.org/wiki/Kutta-Joukowski-Formel)

Das ist dasselbe Prinzip wie bei der
Bananenflanke, nur dass die Flugbahn nicht zur Seite, sondern
nach oben gekrümmt ist.

Genau, da spricht man auch vom Magnus-Effekt
(http://de.wikipedia.org/wiki/Magnuseffekt)

und beides (Kutta-joukowski und Magnus Effekt) sind spezialfälle von der Bernoulli-Gleichung. Steht sogar in jedem der Links bei Wikipedia.

gruß
Simon

#10

und beides (Kutta-joukowski und Magnus Effekt) sind
spezialfälle von der Bernoulli-Gleichung.

Das wäre mir neu.

Steht sogar in jedem der Links bei Wikipedia.

Wo denn? Habs nicht gefunden.

gruß
Simon

Gruß
Daniel

#11

Öhm, nein xD

Beziehungsweise ja, aber es entsteht nicht zwingend ein „Auftrieb“,
der der Erdanziehungskraft entgegengesetzt ist.

Ich hab so eine witzige Softairpistole mit einem sogenannten
„Hop-Up“-System, welches die Flugbahn der Kugel stabilisieren soll,
indem sie in Rotation versetzt wird.

Dies funktioniert auch, solange die Umströmung der Kugel eine
ausreichend hohe Re-Zahl hat. Wird die Kugel langsamer, macht die
Kugel je nach Haltung der Waffe eine Kurve nach oben, unten, links oder
rechts …

Gruss

#12

Das wäre mir neu.

Steht sogar in jedem der Links bei Wikipedia.

Wo denn? Habs nicht gefunden.

http://de.wikipedia.org/wiki/Kutta-Joukowski-Formel#…
in diesem Abschnitt der 3.letzte Satz:
Da außerdem Reibungsfreiheit gilt, ist die mechanische Energie erhalten, und es kann die Druckverteilung am Tragflügel nach der Bernoulli-Gleichung bestimmt werden

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnuseffekt#Der_Klassi…

Der anfang des ersten Abschnitts:
Magnus[3] erklärte den Effekt anhand der Bernoulli-Gleichung, die eine Relation zwischen Druck- und Geschwindigkeitsfeld einer reibungs-, viskositäts- und wirbelfreien Strömung herstellt. Magnus beschrieb die Umströmung des Zylinders als Überlagerung einer Zirkulationsströmung um den rotierenden Zylinder in ruhender Luft und der konstanten Anströmung (Bild rechts). Hierdurch ist die Strömungsgeschwindigkeit auf der Seite des Zylinders, die sich mit (im Bild unten) bzw. entgegen (im Bild oben) der Anströmung dreht, kleiner bzw. größer als die Anströmgeschwindigkeit. Gemäß der Bernoulli-Gleichung erhält man somit unterhalb des Zylinders niedrigeren Druck als oberhalb, und der Zylinder erfährt eine Abtriebskraft.

Der Bernoulli-Effekt sagt eigentlich nur aus, dass mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit der Druck abnimmt. Das ist sehr allgemein gehalten udn erklärt dadurch ziemlich viele Effekte.

#13

Beziehungsweise ja, aber es entsteht nicht zwingend ein
„Auftrieb“,
der der Erdanziehungskraft entgegengesetzt ist.

wenn die Rotation in die von mir beschriebene Richtung erfolgt, dann entsteht ein „Auftrieb“ der der Erdanziehung entgegengesetzt ist. Wobei ich zugebe, das Auftrieb vielleicht das falsche Wort ist.

Ich hab so eine witzige Softairpistole mit einem sogenannten
„Hop-Up“-System, welches die Flugbahn der Kugel stabilisieren
soll,
indem sie in Rotation versetzt wird.

allerdings wird die Kugel in diesem Fall dann in eine Rotation versetzt die bei einer auf mich zukommenden Kugel im oder gegen den Uhrzeigersinn wäre. Das bewirkt keine Biegung der Flugbahn, sondern soll eben genau das verhindern indem sich die Kugel dann so verhält als wäre sie total symmetrisch. Denn wenn z.B. die obere Hälfte eine größere Reibung hätte, würde die Kugel dadurch ungleichmäßig gebremst und abgelenkt. Wenn sich die kugel allerdings schnell dreht, wird sie einmal oben stärker und einmal unten stärker gebremst, sodass sie im endeffekt überall denselben widerstand hat. Das gilt natürlich nicht nur für dei Reibung sondern auch für viele andere Effekte.

Dies funktioniert auch, solange die Umströmung der Kugel eine
ausreichend hohe Re-Zahl hat. Wird die Kugel langsamer, macht
die
Kugel je nach Haltung der Waffe eine Kurve nach oben, unten,
links oder
rechts …

das liegt dann wie gesagt nicht an der Rotation, weil diese das ja genau verhindern soll. Würde es an der Rotation liegen, dann wäre dei Ablenkung stärker bei einer schnelleren Rotation.

gruß

#14

Vielen Dank für die vielen Antworten!
Das mit der Symmetrie leuchtet ein. Und die Rotation ist ein interessanter Gedanke, auf den ich gar nicht gekommen wäre.
Also dankeschön:wink:

#15

in diesem Abschnitt der 3.letzte Satz:
Da außerdem Reibungsfreiheit gilt, ist die mechanische Energie
erhalten, und es kann die Druckverteilung am Tragflügel nach
der Bernoulli-Gleichung bestimmt werden

Da steht, dass wenn die Voraussetzungen für den Satz von Kutta-Joukowski erfüllt sind, auch der Satz von Bernoulli anwendbar ist. Das ist etwas völlig anderes als die die Aussage, dass der Satz von Kutta-Joukowski eine Ableitung aus dem Satz von Bernoulli ist. Die beiden sind grundverschieden voneinander, setzen aber nun mal beide „zufällig“ die gleichen Bedingungen für ihre Anwendbarkeit voraus.

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnuseffekt#Der_Klassi…

Der anfang des ersten Abschnitts: (…)

beschreibt, wie in vielen Literaturstellten der Magnus-Effekt mit dem Satz von Bernoulli begründet wird. Am Ende dieses Abschnitts steht aber auch, dass die „Bernoulli-Relation jedoch nicht Ursache und Wirkung, sondern ausschließlich einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem Betrag der Strömungsgeschwindigkeit und dem Druckfeld“ darstellt. „Richtungsänderungen der Strömung und hiermit verbundene Impulsänderungen können daher nicht beschrieben werden.“

#16

Hallo,
doch, es liegt an der Rotation …
Solange die translatorische Bewegung der Kugel hinreichend schnell
ist ist der Einfluss der Rotation gering, zum einen, weil eine
konstante Kraft nunmal bei einer schnelleren Kugel pro Wegeinheit zu
einer geringeren Abweichung führt, zum anderen weil der Einfluss durch
die geringe Grenzschichtdicke kleiner wird.

Diese zwei Effekte führen zu einer ellipsenförmigen Flugbahn mit der
großen Halbachse in Schussrichtung und der kleinen Halbachse senkrecht zur
Schussrichtung und in Rotationsrichtung (je nach Sichtweise …).
Natürlich nur wenn man die Schwerkraft vernachlässigt …
Gruss