(Luft-)Widerstand ist zwecklos: Das steckt hinter dem cW-Wert
- Veröffentlicht: 05.07.2022
- 18:45 Uhr
- Peter Schneider
Je schneller du unterwegs bist, umso heftiger wird er: der Luftwiderstand. Das kostet Energie. Was es mit dem cW-Wert auf sich hat, warum Ingenieur:innen Pinguine bewundern und was Autos möglichst schnittig macht, erfährst hier.
Das Wichtigste zum Thema cW-Wert
Alles auf der Erde bewegt sich durch eine dicke Suppe aus Gas-Molekülen, Atmosphäre genannt. Wer hindurch will, muss diese Moleküle erst mal verdrängen.
Dieser Luftwiderstand ist für alle wichtig, die von A nach B wollen. Er entscheidet darüber, wie stark du auf der Fahrradtour in die Pedale treten musst, oder wie oft du dein Auto betanken musst.
Problem: Beschleunigt ein Fahrzeug, wächst der Luftwiderstand schneller als seine Speed.
Ab etwa 60 Kilometer pro Stunde überholt bei einem Auto der Luftwiderstand sogar den Rollwiderstand der Reifen. Bei Vollgas verwendest du 90 Prozent des Kraftstoffs, um die Luft zu verdrängen.
Ingenieur:innen müssen also vor allem schnelle Fahrzeuge möglichst windschlüpfrig bauen, um Energie und damit Treibstoff zu sparen. Ein Maß dafür ist der cW-Wert.
cW-Wert: Maß für Windschnittigkeit
Um anzugeben, wie windschnittig ein Fahrzeug ist, ermitteln Ingenieure den Strömungswiderstandskoeffizient, kurz cW-Wert. Kantige Fahrzeuge mit großer Frontfläche (LKWs) und vielen Unebenheiten wie große Spiegel, lange Antenne und Dachreling haben cW-Werte von über 1, moderne Autos mit eingelassenen Scheibenwischern und planen Unterböden in der Regel unter 0,5. Ein stehender Mensch hat übrigens einen cW-Wert von 0,78.
Wie wichtig nicht nur die Größe einer Fläche ist, sondern auch ihre Form, lässt sich an einer Halbkugel erkennen. Zeigt ihre runde Seite Richtung Fahrtrichtung, hat sie laut dem Fachmagazin Auto Motor Sport einen cW-Wert von 0,35. Umgedreht und mit der halbierten Seite Richtung Fahrtwind steigt er auf bis zu 1,6. Die niedrigsten cW-Werte von 0,02 bis 0,04 haben spindel- und tropfenförmige Körper.
Oldtimer im Windkanal
Optimierte Aerodynamik ist keine Erfindung unserer Zeit. Ingenieure begannen schon vor fast 100 Jahren windschnittige Autos und sogar Dampf-Lokomotiven zu bauen. Legendär ist der Schlörwagen, ein Experimentalauto des deutschen Ingenieurs Karl Schlör Ende der 30er-Jahren - er kam auf einen cW-Wert von 0,15.
Externer Inhalt
cW-Wert-Evolution. Geschichte der Windschnittigkeit
(Luft-)Widerstand ist zwecklos: Das steckt hinter dem cW-Wert
Die meisten Oldtimer hatten vergleichsweise bescheidene cW-Werte. Der berühmte Ford Model T kam nur auf 0,9.
Der runde VW Käfer kam immerhin schon 0,7.
Ein moderner Tesla Model S mit seiner stromlinienförmigen Karosserie und eingelassenen Scheibenwischern hat nur noch einen cW-Wert von 0,24.
Der Mercedes Typ EQS und der Porsche Taycan waren zumindest bis vergangenes Jahr die Serienautos mit dem niedrigsten cW-Werten von 0,22.
Das Versuchsauto Fennek der Universität Graz kommt sogar auf nur 0,07.
Viele SUVs haben mit einem cW-Wert von um die 0,34 hingegen ein Problem. Der Wert errechnet sich aus der Stirnfläche eines Autos. Die ähnelt bei den Sport Utility Vehicles aber eher einer Begrenzungsmauer. Sie brauchen entsprechend mehr PS, um den Luftwiderstand zu überwinden.
Pinguin: Vorbild für die Ingenieur:innen
Die Physik hinter dem Luftwiderstand
👩🏽🔬 Während die meisten Menschen an „windschnittig“ denken, wenn sie einen Ferrari sehen, poppt bei Physikern der Begriff "Strömungswiderstand" auf.
🌬️ Der Strömungswiderstand setzt sich aus zwei einfachen Zutaten zusammen: Druck und Reibung.
💨 Vor dem Fahrzeug staut sich die Luft, dort ist der Druck am größten. Logisch: Auf der Rückseite ist dagegen er am kleinsten.
🚛 Die Reibung ergibt sich aus dem Design der Oberfläche. Je mehr Erhebungen und Vertiefungen, desto größer der Reibungswiderstand.
🏎️ Je nach Design überwiegt entweder der Druck oder die Reibung. Vor einem ultraflachen Sportflitzer staut sich zwar keine Luft, aber die vorbeiströmende Luft reibt sich immer noch an seiner Oberfläche. Bei einer LKW-Zugmaschine hingegen ist es genau umgekehrt.
Extrakick für die Schallmauer
Widerstands-Fun Facts
🛫 Superhirn Issac Newton entwarf schon 1726 die theoretischen Grundlagen der Aerodynamik - was damals aber erst mal keine Auswirkungen auf den Kutschenbau hatte.
🧮 Die einzelnen Strömungs-Widerstände der Einzelteile eines Fahrzeugs zusammenaddiert, sind größer als der Gesamt-Strömungswiderstand des zusammengebauten Fahrzeugs. Beispiel: Der Luftwiderstand von zwei Flügeln und einem Rumpf ist höher als der eines ganzen Flugzeugs.
🛫 Es gibt auch gewollte Luftwiderstrände. Denn Luft lässt sich auch gezielt in eine Richtung quer zur Strömung ablenken. Dann erhältst du beispielsweise einen Flügel - und kannst abheben. Hier erfährst du, warum Flugzeuge fliegen.
Formel 1-Rennwagen: Stabil in der Kurve statt spritsparende Aerodynamik
FAQs zum Luftwiderstand
Der cW-Wert gibt die Windschlüpfrigkeit eines Objekts an, beispielsweise eines Autos. Doch sagt er nicht nichts über die absolute Kraft des Strömungswiderstands aus, denn er besetzt keine Einheit (er ist "dimensionslos"). Der Luftwiderstand lässt sich erst errechnen, wenn man zusätzlich die Geschwindigkeit, die Stirnfläche des Objekts und die Dichte des Gases (zumeist Luft) in die Rechnung einfließen lässt.
Der der cW-Wert eines stehenden Menschen beträgt etwa 0,78.
Die so genannte Strömungs-Widerstandskraft errechnet sich aus der Anström-Geschwindigkeit der Luft, ihrer Dichte und Zähigkeit sowie der geometrischen Form eines Körpers. Da gerade Letzteres häufig schwierig zu messen ist, wird der Luftwiderstand häufig im Windkanal ermittelt.