Auftrieb

In der Biologie ist Auftrieb auch eine veraltete Bezeichnung für Plankton.


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

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

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

Inhaltsverzeichnis
1 Statischer Auftrieb

1.1 Formel
1.2 Beispiele für statischen Auftrieb

2 Dynamischer Auftrieb
3 Abtrieb
4 Siehe auch
5 Weblinks
6 Andere Bedeutungen

Statischer Auftrieb

[[Bild:Dead sea newspaper.jpg|thumb|200px|Statischer Auftrieb im Toten Meer]] Der statische Auftrieb ist eine Kraft, die der Schwerkraft entgegen wirkt.

Er entsteht, wenn sich ein Körper in einem Fluid (also einer Flüssigkeit oder einem Gas) befindet, es also verdrängt. Dieser Effekt wird mit dem Archimedischen Prinzip beschrieben.

Formel

F = \rho \cdot V \cdot g.

Dabei ist V das verdrängte Volumen, also \rho \cdot V die verdrängte Masse (ρ ist die Dichte) und \rho \cdot V \cdot g ihre Gewichtskraft. Das Archimedische Prinzip ist also erfüllt.

(Gleichwohl ist die 'verdrängte Masse' m= \rho \cdot V kein tatsächlicher Körper, sondern eine durch den verdrängenden Körper geprägte Verformung (V) der Flüssigkeit (relativ zu ihrem Oberflächen-spiegel), welcher eine virtuelle Dichte ρ zugemessen wird. Der Effekt ist also auch dann zu beobachten, wenn die vorhandene Flüssigkeit ein geringeres Volumen besitzt als der eingetauchte Teil des Schwimmkörpers.

Beispiele für statischen Auftrieb

Dynamischer Auftrieb

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

  1. der Widerstand W wirkt in Richtung der Anströmung,
W= c_W\cdot F\ \frac {\rho v_1^2} {2}
cW= Widerstandsbeiwert (siehe auch: CW-Wert)
F=Fläche senkrecht zum Widerstandskraft(Querschnittfläche/Projektionsfläche)
ρ = Dichte des Mediums
v1 = Geschwindigkeit des Mediums
  1. der dynamische Auftrieb A (engl.: lift force) wirkt rechtwinklig zur Anströmung,wobei hier der Verständlichkeit halber keine Trägheitskräfte betrachtet werden, die im instationären Fall, z.B. im Seegang, zusätzlich vorkommen (hydrodynamische Massen).
A= c_A\cdot F\ \frac {\rho v_1^2} {2}
cA= Auftriebsbeiwert
F=Fläche auf der der Auftieb wirkt/Tragfläche
ρ = Dichte des Mediums
v1 = Geschwindigkeit des Mediums

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

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

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

Beispiele für dynamischen Auftrieb:

Vom Prinzip her stört ein Profil bei dynamischem Auftrieb die Strömung so, als ob sich dort zusätzlich ein Wirbel befände, der sich auf der Saugseite mit der Anströmung dreht und auf der Druckseite entgegengesetzt dazu - nicht genug, um die Strömung umzukehren, die Luft dreht sich also nicht wirklich um eine Flugzeug-Tragfläche. Entscheidend für das Entstehen dieses Wirbels ist das Bilden eines Wirbels an der Tragflächenhinterkante, des sogenannten Anfahrwirbels. Durch Bewegung der Tragfläche aus der Ruhe heraus (Start) entsteht an der Hinterkante eine Instabilität der beginnenden Luftströmung und das Auftreten von Wirbeln. War die Strömung anfangs wirbelfrei (Ruhe), dann führt das zu einem Gegenwirbel, sodass die Gesamtrotation des Wirbelsystems (Zirkulation) unverändert bleibt (Satz von Thomson). Dieser Gegenwirbel sorgt dann für einen hinreichend großen Geschwindigkeitsunterschied von Strömungen auf der Ober- und Unterseite einer Tragfläche. Nach einer Gesetzmäßigkeit, die man den Helmholtz'schen Wirbelsatz nennt, kann ein Wirbelfaden nicht mitten in der Strömung plötzlich zu Ende sein. Der Wirbel, der ein Flugzeug trägt, setzt sich an beiden Enden der Tragflächen U-förmig nach hinten fort, als ein gewaltiges Wirbelpaar. Es ist am Flughafen von Rio de Janeiro schon vorgekommen, dass jemand verbotenenerweise ein gesperrtes Gelände am Flughafenzaun befahren hat und vom Wirbelpaar eines landenden Flugzeugs mit seinem Auto meterweit in die Luft geschleudert und schwer verletzt wurde - er kannte den Helmholtz'schen Wirbelsatz nicht.

Beispiel für eine Kombination von statischem und dynamischen Auftrieb:

Abtrieb

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

Siehe auch

Weblinks

Andere Bedeutungen

See also: Auftrieb, Aerodynamik, Alm (Bergweide), Almabtrieb, Almauftrieb, Archimedisches Prinzip, Auftriebsausgleich, Automobil, Autosport, Ballast