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Auftrieb


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Als Auftrieb bezeichnet man eine Kraft die eine Flüssigkeit oder ein Gas einen Körper (oder auf ein Gasvolumen) ausübt.

Man unterscheidet den entgegen der Schwerkraft statischen Auftrieb vom rechtwinklig zur Anströmung wirkenden dynamischen Auftrieb .

Abtrieb ist physikalisch gesehen die gleiche Kraft wie der wirkt aber in die entgegengesetzte Richtung.

Inhaltsverzeichnis

Statischer Auftrieb

Der statische Auftrieb ist eine Kraft die der Schwerkraft entgegen wirkt.

Er entsteht wenn sich ein Körper geringer Dichte in einer Flüssigkeit oder einem Gas mit höherer Dichte befindet. Dieser Effekt mit dem Archimedischen Prinzip beschrieben.

Beispiele für statischen Auftrieb :

  • Ballons steigen auf weil sie einem Traggas (meist Helium oder heiße Luft ) gefüllt sind das eine geringere Dichte als die umgebende (kalte) Luft. Insgesamt haben Bestandteile des Ballons (inkl. Hülle Korb etc.) eine geringere bzw. die gleiche Dichte wie die der umgebenden Luft.
  • Schiffe schwimmen auf dem Wasser weil der in das Wasser eingetauchte des Schiffes leichter ist als das verdrängte Wasser und das Gesamtgewicht des Schiffes dem des von ihm verdrängten Wassers entspricht. Wegen großen Lufträume hat ein Schiff trotz der Baustoffe ( Stahl etc.) insgesamt eine geringere Dichte als - das Schiff schwimmt. Schlägt es leck erhöht das einlaufende Wasser die Gesamtdichte des ggf. bis diese größer als die des ist - das Schiff sinkt.
  • U-Boote : Beim statischen Tauchen werden die Ballastzellen (oder -tanks) geflutet entlüftet. Theoretisch ist es möglich ein U-Boot gutes Trimmen mit Regel- oder Trimmzellen in einer Tiefe zu halten. Praktisch machen Strömungen und Salzgehalte dieses unmöglich. Im Zweiten Weltkrieg konnten Kapitäne ihr Boot am Sehrohr (Periskop) "aufhängen". Boot wurde derart getrimmt dass das Sehrohr dem Wasser schaute und wenn das Boot sich durch das zusätzliche Volumen des Sehrohrs ein Auftrieb entstand. Es ist möglich in U-Boot "aus dem Stand" d. h. ohne (statisch) zu tauchen. Dabei werden die Ballasttanks und das Boot in der gewünschten Tiefe und ausgetrimmt.

Dynamischer Auftrieb

Er entsteht wenn der Körper sich zum Gas oder zur Flüssigkeit bewegt. Die die das Fluid (Gas oder Flüssigkeit) auf Körper ausübt besteht grundsätzlich aus zwei Komponenten:

  1. der Widerstand wirkt in Richtung der Anströmung
  2. der dynamische Auftrieb (engl.: lift force) wirkt rechtwinklig zur
wobei hier der Verständlichkeit halber keine betrachtet werden die im instationären Fall z.B. Seegang zusätzlich vorkommen (hydrodynamische Massen).

Im Gegensatz zum statischen Auftrieb ist Richtung des dynamischen Auftriebs nicht durch "oben" "unten" im Sinne der Schwerkraft definiert sondern dadurch wie Körper und Strömung zueinander orientiert Dennoch nennt man ihn auch dynamischen Abtrieb wenn er in Richtung der Gewichtskraft also entgegengesetzt zum statischen Auftrieb.

Dynamischer Auftrieb entsteht durch einen Druckunterschied gegenüberliegenden Seiten des umströmten Körpers.

Der dynamische Auftrieb hängt von der und Richtung der Anströmgeschwindigkeit relativ zum Körper

Beispiele für dynamischen Auftrieb :

Vom Prinzip her stört ein Profil bei dynamischem Auftrieb die Strömung so ob sich dort zusätzlich ein Wirbel befände sich auf der Saugseite mit der Anströmung und auf der Druckseite entgegengesetzt dazu - genug um die Strömung umzukehren die Luft sich also nicht wirklich um eine Flugzeug-Tragfläche. einer Gesetzmäßigkeit die man den Helmholtz'schen Wirbelsatz nennt kann ein Wirbelfaden nicht mitten der Strömung plötzlich zu Ende sein. Der der ein Flugzeug trägt setzt sich an Enden der Tragflächen U-förmig nach hinten fort ein gewaltiges Wirbelpaar. Es ist am Flughafen Rio de Janeiro schon vorgekommen dass jemand ein gesperrtes Gelände am Flughafenzaun befahren hat vom Wirbelpaar eines landenden Flugzeugs mit seinem meterweit in die Luft geschleudert und schwer wurde - er kannte den Helmholtz'schen Wirbelsatz

Beispiel für eine Kombination von statischem und dynamischen Auftrieb :

  • Luftschiffe : Sie erzeugen statischen Auftrieb durch die und dynamischen Auftrieb oder gegebenenfalls Abtrieb durch (schwenkbare Propeller ) und durch den Rumpf mit Hilfe Steuerflächen.
  • U-Boote: Als Dynamisches Tauchen bezeichnet man den Vorgang des Tauchens Hilfe des Antriebs und der Tiefenruder (Bug Heck). Ohne dynamischen Auftrieb hat ein U-Boot eine Tendenz zum Steigen oder Sinken. Beim wird der Antrieb auf elektrisch und auf maximalen Schub ( AK = äußerste Kraft) voraus geschaltet. Das (z.B. 15°) nach unten gestellt und das (z.B. 10°) nach oben gestellt. Dadurch entsteht extreme Neigung die zusammen mit Antrieb und Ballasttanks ein schnelles Sinken bewirkt.

Abtrieb

Die dem Auftrieb entgegengesetzte Kraft wird bestimmten Anwendungen als Abtrieb bezeichnet. Abtrieb als die Kraft mit ein Körper auf den Boden gedrückt wird im Autosport eine wichtige Rolle weil dort ein hoher Anpressdruck des Fahrzeuges auf die Straße erwünscht ist um eine hohe Bodenhaftung damit hohe Kurvengeschwindigkeiten zu erzielen. Abtrieb bezeichnet den dynamischen Abtrieb durch aerodynamische Flächen die bei Rennwagen Flügel genannt werden. Die im Automobilbau ebenfalls verwendeten Spoiler erzeugen keinen Abtrieb sondern verhindern nur Entstehung dynamischen Auftriebs der durch die aerodynamischen der Karosserieform erzeugt wird.

Siehe auch:


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