Warum fliegt ein Flugzeug? Der Grund liegt in der Luftströmung und zwar erzeugt schnell strömende Luft einen Unterdruck! Hier die kurze Herleitung der sog. Bernoulligleichung:
Bei einem Tragflügel strömt die Luft auf der Oberseite schneller als unten. Dadurch ist der dynamische Druck 1/2 · ρ · v² oben größer als unten. Demnach muss aber der statische Druck oben kleiner sein als unten, sprich auf der Oberseite des Tragflügels herrscht ein Unterdruck. Der Tragflügel erfährt also eine Kraft nach oben!
Mit einem sog. Venturirohr lässt sich dieser wichtige Umstand experimentell nachweisen. Das Venturirohr verfügt in der Mitte über eine Engstelle. Dort strömt die Luft schneller und erzeugt demnach einen Unterdruck.
Mit Wasser gefüllten U-Röhren lässt sich dieser Unterdruck nachweisen. Venturiröhren kann man über Schulmittelfirmen beziehen. Es gibt sie aber auch deutlich günstiger, etwa auf Aliexpress:
In der Mitte verfügt dieses Venturirohr bereits über einen Schlauchanschluss. An den beiden Rohrenden muss ich erst einen mittels Schlauchtüllen anfertigen. Die Luftströmung erzeuge ich mit einer Gebläsepumpe. Eine solche habe ich günstig auf http://www.willhaben.at gekauft.
Die U-Röhren fertige ich aus gewöhnlichen PVC-Schlauch. Damit dieser die Biegung hält, benutze ich solche Schlauchklemmleisten:
Wenn die Teile angekommen sind, geht es hier weiter…
Es gibt zwei weitere schöne Freihandversuche zur Bernoulli-Gleichung und zwar einmal das Prinzip eines Zerstäubers und dann der im Luftstrom eines Föns gefangene Tischtennisball.
Für das Experiment “Zerstäuber” benötigt man lediglich zwei Trinkhalme und ein mit Wasser gefülltes Glas. Ordnet man die beiden Trinkhalme wie abgebildet an und bläst stark durch den horizontalen Trinkhalm, so wird das Wasser im zweiten Trinkhalm nach oben gesogen und dann zerstäubt. Der Grund ist wieder der Unterdruck am oberen Ende des vertikalen Trinkhalms aufgrund der großen Strömungsgeschwindigkeit. Schnell strömende Luft mit einer großen Geschwindigkeit v bedingt ja wie wir nun wissen einen Unterdruck. Dadurch wird das Wasser nach oben gesaugt und kann zerstäubt werden.
Für den zweiten Versuch brauchen wir nur einen Fön und einen Tischtennisball. Schaltet man den Fön ein und richtet diesen nach oben, so kann man einen Tischtennisball in die Strömung geben, ohne dass dieser zur Seite oder nach unten fällt. Er ist und bleibt quasi im Luftstrom gefangen. Der Grund ist abermals die Bernoulli-Gleichung.
Bewegt sich der Tischtennisball zur Seite zum Beispiel nach links, so wird er auf seiner rechten Seite stärker von Luft umströmt. Die Luftgeschwindigkeit rechts ist nun größer als auf der linken Seite und dadurch entsteht rechts ein Unterdruck, der den Tischtennisball wieder nach rechts in Richtung Mitte lenkt.
Zudem beginnt der Tischtennisball entgegen dem Uhrzeiger zu rotieren, wenn er sich links von der Strömungsmitte befindet. Dadurch rotiert er auf seiner rechten Seite in Strömungsrichtung und links entgegen der Strömung, wodurch dort die Luft abgebremst wird. Die Luft auf der rechten Seite hat daher eine höhere Geschwindigkeit als links und erzeugt rechts einen Unterdruck…
