Strömungen

Von Wasserströmungen, wie etwa Ebbe und Flut, ist Venedig freilich stark betroffen. Strömungen sind auch der Grund, warum Flugzeuge fliegen und eine Schiffschraube funktioniert.

Die Strömungslehre oder Strömungsmechanik befasst sich mit diesen Phänomenen. Der Schweizer Physiker Daniel Bernoulli legte mit der nach ihm benannten Gleichung den Grundstein für eine der heute wichtigsten Disziplinen der Physik. Er entdeckte, dass in strömenden Systemen die Summe aller Drücke (dynamischer Druck, Schweredruck, statischer Druck) konstant bleibt.
Damit konnte er den folgenden von dem Italiener Giovanni Venturi entdeckten Effekt erklären: Venturi fand heraus, dass sich in strömenden Flüssigkeiten (und Gasen) der Druck verringert und die Geschwindigkeit erhöht, wenn man den Querschnitt der Rohre, in denen sich ein Fluid bewegt, verringert. Bei dieser Gleichung wird angenommen, dass sich das Medium bei steigendem Druck nicht verdichtet (inkompressibles Medium). Dies gilt für Flüssigkeiten in einem sehr weiten Bereich.

Gase hingegen besitzen eine sehr hohe Kompressibilität: Sie ändern ihr Volumen sehr stark mit dem Druck. Daher kann die Bernoulligleichung bei Gasen nur für geringe Druckunterschiede bzw. Geschwindigkeitsunterschiede angewendet werden. Trotzdem erklärt sie das Prinzip des Auftriebs:

Da bei der gewölbten Flügelform der meisten Tragflächen die Luft an der Oberseite einen längeren Weg zurücklegen muss, strömt sie schneller (siehe Bild anbei: Auftriebswirkung einer). Dadurch entsteht ein Unterdruck, der die Tragfläche anhebt. Da die Bernoulligleichung bei Gasen nur eingeschränkt gilt und bei modernen Flugzeugen und Hubschraubern durch die hohen Geschwindigkeiten neue Effekte auftreten, ist man heutzutage sehr stark auf empirische Verfahren angewiesen. Vor allem Windkanäle und computergestützte Strömungssimulatoren gewinnen immer mehr an Bedeutung.

Eines der größten Probleme bei schnellen Flugzeugen ist der Überschallknall:
Bei sehr hohen Geschwindigkeiten (um die Schallgeschwindigkeit in Luft oder darüber) wird die Luft vor dem Flugzeug sehr stark verdichtet. Strömt die Luft nun über das Flugzeug, fällt der Druck wieder ab. Dies geschieht aber nicht kontinuierlich, sondern in Wellen, die sich als sehr intensive Schallwellen kegelförmig um das Flugzeug ausbreiten (Mach’scher Kegel). Diese Wellen sind so intensiv, dass sie die Tragflächen beschädigen können. Dies führte zur Entwicklung der modernen Pfeilflügelform. Sie ist stabiler und die Wellen breiten sich regelmäßiger aus.

Bildquelle: Wikipedia: URL: www.de.wikipedia.org/wiki/Bild:Auftrieb1.svg