Rückstoßprinzip mit Wasserstrahl

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,

ich baue ein Boot, das mit einem durch Druck erzeugten Wasserstrahl angetrieben wird. Ich bin mir jedoch nicht sicher ob es effektiver ist, den Wasserstrahl an der Luft oder unter Wasser zu benutzen.

Habe jetzt schon lange gesucht und finde nichts zum Thema. Auf der einen Seite gibt es zum Beispiel diese Wasserraketen aus PET-Flaschen, die das reine Rückstoßprinzip verwenden. Andererseits wird scheinbar bei allen Schiffen mit Jet-Antrieb der Wasserstrahl unter Wasser herausgeschossen.

Hat jemand von Euch Ahnung oder Erfahrung mit dem Thema?

Ich freu mich auf Eure Antworten und Denkanstöße!

LG, Jonathan

#2

Andererseits wird scheinbar bei allen Schiffen mit Jet-Antrieb
der Wasserstrahl unter Wasser herausgeschossen.

Hallo,

dadurch reisst der Jetsstrahl eine beträchtliche Menge Wasser aus der Umgebung mit. Deren Impuls und Energie können nicht aus dem Nichts entstehen, also tragen sie zum Rückstoss bei, der das Schiff antreibt.

Gruss Reinhard

#3

Hallo Rocketman

Was hat größere Wirkung, wenn ein Gegenstand ins Wasser fällt oder aus gleicher Höhe auf Beton?

Der Widerstand des Mediums Wasser ist um Etliches größer als des Mediums Luft.
Der Rück stoß kann ohne etwas im Rücken nicht funktionieren.

Gruß
Rochus

#4

Hallo,

dadurch reisst der Jetsstrahl eine beträchtliche Menge Wasser
aus der Umgebung mit. Deren Impuls und Energie können nicht
aus dem Nichts entstehen, also tragen sie zum Rückstoss bei,
der das Schiff antreibt.

wieso das?
Der Rückstoß wird doch nicht dadurch größer, dass man eine Betonwand hinter das Triebwerk stellt, der Rückstoß erzeugt eine Kraft auf das Fahrzeug IM FAHRZEUG. Insofern interessiert es genau gar nicht, wieviel Wasser hinter dem Fahrzeug bewegt wird. Was da passiert, entnimmt dem ausgestoßenen Strahl die Energie. Aber erst dann, wenn die Nutzwirkung bereits passiert ist.
Sonst würde eine Rakete im Vakuum gar nicht mehr funktionieren.
Gruß
loderunner

#5

Hallo,

Der Rück stoß kann ohne etwas im Rücken nicht funktionieren.

erklär doch mal kurz, wie dann wohl eine Rakete im Weltraum angetrieben wird. Die stößt sich dann an der Erde ab, oder wie?
Gruß
loderunner

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#6

Da sieht man ja schon, dass es verschiedene Meinungen zu dem Thema gibt ^^
In unserer Projektgruppe sind wir uns halt auch nicht einig.

An sich gilt ja beim Rückstoßprinzip actio = reactio

Der Impuls p pro Zeiteinheit müsste dabei die Kraft ergeben, die z.B. bei einer startenden Rakete größer sein muss als ihre Gewichtskraft, damit sie abhebt. Dabei wird das Umgebungsmedium vernachlässigt (weil es egal ist?)

Ich finde man könnte denken, dass sich das Boot mit dem Wasserstrahl besser vom Wasser „abdrücken“ kann und der Antrieb so effektiver ist. Oder liegen Jet-Antriebe von Schiffen nur deshalb unter der Wasseroberfläche, weil es einfacher zu konstruieren ist, bzw die Leute im Hafen nicht nassgemacht werden sollen? ^^

Wäre es denn schlechter, den Antrieb unter Wasser zu legen? Das würde nämlich bei meinem Boot eine viel bessere Schwerpunktlage ergeben.

Würde mich über weitere Antworten freuen!

#7

Hallo,

Da sieht man ja schon, dass es verschiedene Meinungen zu dem
Thema gibt ^^
In unserer Projektgruppe sind wir uns halt auch nicht einig.

Wissenschaft ist, wenn man es ausprobiert…
Gruß
loderunner

#8

Hi,

ein Raketenantrieb basiert darauf, das jede Bewegung eine gleichgroße entgegengesetzte Bewegung erzeugt. Dabei geht konsequenter Weise die Hälfte der gesamten Energie flöten.

Wenn man nun hier den Strahl unter Wasser oder Überwasser einsetzt gibt es verschieden große Widerstände. Durch den Widerstand wird mehr Energie in die Vorwärtsbewegung umgewandelt. Dies ist bei größerem Widerstand effektiver. Wasser hat einen größeren Widerstand als Luft also sollte der Strahl unter Wasser aus dem Boot austreten.

MFG

#9

Hi,

Dabei wird das
Umgebungsmedium vernachlässigt (weil es egal ist?)

Jein… Das Umgebungsmedium ist egal wenn es um den reinen Schub geht, da ist nur interessant gegen welchen Umgebungsdruck entspannt wird. Das Umgebungsmedium spielt allerdings eine Rolle wenn es um den Widerstand geht, den je dichter das Medium desto höher der Widerstand und desto mehr Energie ist nötig (deshalb startet eine Rakete ja auch senkrecht und schwenkt erst in ca 80km Höhe in eine geneigte Bahn, damit man möglichst schnell durch die störende (dichte) Atmosphäre kommt).

Ich finde man könnte denken, dass sich das Boot mit dem
Wasserstrahl besser vom Wasser „abdrücken“ kann und der
Antrieb so effektiver ist. Oder liegen Jet-Antriebe von
Schiffen nur deshalb unter der Wasseroberfläche, weil es
einfacher zu konstruieren ist, bzw die Leute im Hafen nicht
nassgemacht werden sollen? ^^

Das Rückstossprinzip ist die einzige Kraft die wirkt, das Boot wird sich deshalb nicht vom Wasser wegdrücken.
Ich bin zwar kein Schiffsbauer, vermute aber trotzdem (bzw. halte es für am Wahrscheinlichsten), das der Antrieb rein aus konstruktionstechnischen Gründen unter Wasser gelegt wird.

Wäre es denn schlechter, den Antrieb unter Wasser zu legen?
Das würde nämlich bei meinem Boot eine viel bessere Schwerpunktlage :ergeben.

Wenn es eine Verschlechterung gibt, wird m.E., diese sich in Grenzen halten und durch die verbesserte Schwerpunktlage „aufgehoben“.

MfG
Hatje

#10

Hi
bist du dir sicher das du das Rückstossprinzip verstanden hast?!
Ich bin mir ziemlich sicher, das dem nicht so ist.

Nach deiner Erklärung, wäre jede Rakete die in der Atmosphäre fliegt effizienter als diejenige die im All fliegt (Widerstand der Luft ist ja größer).
Das ist aber völliger Humbug!

Der Widerstand des umgebenden Mediums spielt nur eine Rolle, wenn es darum geht, wieviel Kraft ich aufbringen muss um die Rakete vorwärts zu bewegen. Denn Reibung (Widerstand) „verbraucht“ Energie, die ich dann zusätzlich aufbringen muss.

MfG

#11

Jet Wasserstrahl ist kein Rückstoß
Hallo Rocketman

Ich habe da auch ein bißchen gepennt, aber der Jetantrieb von Booten geht nicht nach dem Prinzip, nach dem Raketen funktionieren.
Hier wird ja Wasser angesaugt und nach hinten ausgeströmt.
Eine einfachere Ausführung sind in Tunneln gelagerte Propeller.

Das Boot drückt sich im erzeugten Strahl nach vorn, und je stärker der Strahl gebremst wird, desto zügiger geht das Boot.
Wenn wir das Modell noch mehr vereinfachen, stellen wir uns eine Schraube vor, hinter der kein Wasser ist, was ist wohl die Folge?

Gruß
Rochus

#12

Hallo,

Ich habe da auch ein bißchen gepennt, aber der Jetantrieb von
Booten geht nicht nach dem Prinzip, nach dem Raketen
funktionieren.

Sondern?

Hier wird ja Wasser angesaugt und nach hinten ausgeströmt.

Und das ist nicht das Rückstoßprinzip?

Das Boot drückt sich im erzeugten Strahl nach vorn, und je
stärker der Strahl gebremst wird, desto zügiger geht das Boot.

Aha. Und deshalb wird beim Katamaran nach Borkum der Wasserstrahl dann OBERHALB der Wasseroberfläche ausgestoßen?
Schau mal: http://www.fotocommunity.de/pc/pc/display/9013934

Wenn wir das Modell noch mehr vereinfachen, stellen wir uns
eine Schraube vor, hinter der kein Wasser ist, was ist wohl
die Folge?

Tja, was wohl? Und was ist dann davor?
Man kann jedes Modell so weit vereinfachen, bis es genau gar nicht mehr mit der Realität überein stimmt. Aber wozu?
Gruß
loderunner

#13

Anmerkung
Hallo,

Ich bin zwar kein Schiffsbauer, vermute aber trotzdem (bzw.
halte es für am Wahrscheinlichsten), das der Antrieb rein aus
konstruktionstechnischen Gründen unter Wasser gelegt wird.

Muss nicht sein: http://www.fotocommunity.de/pc/pc/display/9013934
Gruß
loderunner

#14

Da sieht man ja schon, dass es verschiedene Meinungen zu dem
Thema gibt ^^

Hallo,

vermutlich hat loderunner recht damit, dass der Impuls des mitgerissenen Wassers aus dem Impuls des ursprünglichen Strahls gespeist wird, d.h. ich habe mit dem Inpulserhaltungssatz natürlich auch recht, aber es gibt keinen zusätzlichen Impuls - wie auch immer, für euch spielt das keine Rolle: nach meiner vermutlich falschen Version wäre es unter Wasser besser, nach loderunner ist es egal. Und es gibt viele praktische Gründe, die für einen Austritt unter Wasser sprechen.

Gruss Reinhard

#15

Hallo,

die Diskussion zeigt, dass es wohl doch komplizierter ist, als man dachte. Aber vielleicht ist es nur eine Definitionsfrage.
Das klassische Rückstoßprinzip bei einer Rakete funktioniert doch so, dass die Rakete eine große Menge Treibstoff im Tank hat, der bei der Verbrennung nach unten weggeschleudert wird. Die Masse der Rakete nimmt dabei auch ständig ab. Und natürlich braucht sie nichts, woran sie sich abstoßen kann.
Bei einem Jet-Boot wird ja nun ständig Wasser angesaugt und nach hinten wieder ausgestoßen. Das ist für mich jetzt nicht so viel anders als bei einer klassischen Schiffsschraube. Die würde theoretisch auch in Luft funktionieren, nur eben längst nicht so gut. Aber kann man da eigentlich noch von Rückstoß sprechen?
Und wie ist es bei einem Flugzeug? Das saugt auch vorn Luft an und pustet sie hinten wieder raus. Ist das Rückstoß?

Gruß
Olaf

#16

Hallo,

Aber vielleicht ist es nur eine Definitionsfrage.

Nee, das nun mit Sicherheit nicht.

Das klassische Rückstoßprinzip bei einer Rakete funktioniert
doch so, dass die Rakete eine große Menge Treibstoff im Tank
hat, der bei der Verbrennung nach unten weggeschleudert wird.

Richtig. Und weil es einen Impulserhaltungssatz gibt…

Die Masse der Rakete nimmt dabei auch ständig ab.

Nebensächlich.

Und
natürlich braucht sie nichts, woran sie sich abstoßen kann.

Ja.

Bei einem Jet-Boot wird ja nun ständig Wasser angesaugt und
nach hinten wieder ausgestoßen. Das ist für mich jetzt nicht
so viel anders als bei einer klassischen Schiffsschraube.

Ja.

Die
würde theoretisch auch in Luft funktionieren, nur eben längst
nicht so gut.

Ausschließlich eine Frage der Anpassung ans Medium. Keine Frage des Prinzips.

Aber kann man da eigentlich noch von Rückstoß
sprechen?

Aber sicher doch. Was denn sonst?

Und wie ist es bei einem Flugzeug? Das saugt auch vorn Luft an
und pustet sie hinten wieder raus. Ist das Rückstoß?

Ja. Immer noch.
Gruß
loderunner

1 Like
#17

Hallo,

OK, diskutieren wir mal weiter.
Du sagst also - eine Schiffsschraube würde nach dem Rückstoßprinzip arbeiten. Na gut.
Wenn ich jetzt an der Schiffsschraube ein bisschen rumbiege und drehe, bin ich irgendwann beim Schaufelrad. Ist das jetzt immer noch Rückstoß?
Vom Schaufelrad ist es jetzt nicht mehr weit bis zum Autorad…
Ja, man könnte auch sagen, dass das Autorad vorn Straße ansaugt und hinten wieder ausstößt. Also auch Rückstoß? Oder vielleicht doch ne Definitionsfrage?

Gute Nacht.
Olaf

#18

Hallo,

ich baue ein Boot, das mit einem durch Druck erzeugten
Wasserstrahl angetrieben wird. Ich bin mir jedoch nicht sicher
ob es effektiver ist, den Wasserstrahl an der Luft oder unter
Wasser zu benutzen.

wenn der Wasserstrahl oberhalb der Wasseroberfläche ausgestoßen wird, ist der Wirkungsgrad geringer, weil das Wasser auf eine größere Höhe angehoben werden muss.

Gruß
Pontius

#19

Hallo,

Wenn ich jetzt an der Schiffsschraube ein bisschen rumbiege
und drehe, bin ich irgendwann beim Schaufelrad. Ist das jetzt
immer noch Rückstoß?

Ja, was sonst?

Vom Schaufelrad ist es jetzt nicht mehr weit bis zum
Autorad…

Oje, da fehlt aber jetzt ein wenig der prinzipielle Unterschied. Ein Rad rollt, weißt Du? Da gibt es so was wie ‚Reibung‘.

Ja, man könnte auch sagen, dass das Autorad vorn Straße
ansaugt und hinten wieder ausstößt.

Unsinn.

Gruß
loderunner

#20

Hallo,

Und
natürlich braucht sie nichts, woran sie sich abstoßen kann.

Ja.

bei diesem Satz hänge ich mich mal mit folgenden Gedanken an.
Wenn ich hinter ein Boot Wasser drücken würde, welches nicht aus
einer Beschleunigung von Wasser mit einer „Turbine“(wie auch immer)
im Boot selbst gegeben wäre sondern von vom Boot unabhängigen
„Pumpen“, würde nicht dann das Boot ebenfalls eine Bewegung von
diesem Druck weg erfahren ?
Könnte es nicht so sein, daß zusätzlich zu der Beschleunigungskraft
welches das Boot mit der eigene Turbine erzeugt um sich zu bewegen
auch noch ein - wenn auch geringerer Effekt - zusätzlicher Druck
entsprechend wie oben beschrieben hinten auf den Schiffskörper
drückt, weil eben der umgebende Wasserdruck dort erhöht wird
gegenüber dem Druck auf der Vorderseite des Schiffskörpers ?

Und wie ist es bei einem Flugzeug? Das saugt auch vorn Luft an
und pustet sie hinten wieder raus. Ist das Rückstoß?

Ja. Immer noch.

Auch da könnte ich mir eine Druckerhöhung auf der Rückseite des
Flugzeuges vorstellen, welche im Vakuum beim Raketenprinzip so
nicht gegeben ist.

Gruß VIKTOR