07b Hydro- und Aerodynamik

Durch die Rotation wird die Luftströmung oben verlangsamt und unten verstärkt.

⇒ der dynamische Druck wird oben verringert und unten vergrößert.
⇒ der statische Druck wird oben vergrößert und unten verringert.

Der Unterschied im statischen Druck führt zu einer Kraft nach unten. Dadurch ändert der Ball seine Flugbahn.

\(F_{LW} = c_w \cdot \frac{1}{2} \rho v^2 \cdot A\)

\(c_w ...Formfaktor \)

v ... Luftgeschwindigkeit

A... angeströmter Querschnitt

\(\rho ...Dichte\)

Die Fließgeschwindigkeiten verhalten sich umgekehrt proportional zu den Querschnittsflächen.

\(\Delta V_1=\Delta V_2\\ A_1\cdot v_1=A_1\cdot v_2\\ \frac{A_1}{A_2}=\frac{v_2}{v_1}\)

Der Massenstrom ist die durchströmende Masse pro Zeit.

\(\dot m =\frac{m}{t}\)

\([\dot m] = 1 \frac{kg}{s}\)

Die Luftgeschwindigkeit direkt hinter einer angeströmten Fläche beträgt 0 km/h. 

\( \dot V =\frac{V}{t}\)

\([\dot V] =1 \frac{m^3}{s} =1000 \frac{\ell}{s}\)

^{\(\dot V\)... Volumenstrom}

V ... Volumen

t ... Zeit

Durch die große Geschwindigkeit der Luft entsteht ein großer dynamischer Druck in Richtung des Luftstromes. Daraus folgt ein kleiner statischer Druck in alle Richtungen. Weil der Gesamtdruck (der von unten nach oben wirkt) größer ist als der statische Druck, bewegt sich das Ende des Papiers nach oben.

Durch die große Geschwindigkeit entsteht ein großer dynamischer Druck in Richtung des Luftstromes. Daraus folgt ein kleiner statischer Druck in alle Richtungen. Weil der Gesamtdruck (=Luftdruck) größer ist als der statische Druck bewegen sich die Papierblätter zusammen.

Abbildung A) rotierender Zylinder zieht Luftmassen mit: Zirkulationsströmung

Abbildung B) ruhender Zylinder + Windströmung: Luftströmung

Abbildung C) Überlagerung von A) und B). Dies hat die Folge, dass durch den Unterdruck an der Seite, an der die Luft schneller vorbei strömt, eine vektorielle Kraft "F" entsteht, die das Schiff normal zur Luftströmungsrichtung zieht.