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Gesetz der Lüfte: Warum Flugzeuge fliegen und Skispringer gleiten

  • Veröffentlicht: 30.04.2022
  • 14:45 Uhr
  • Peter Schneider

Wie können Flugzeuge oder Hubschrauber eigentlich abheben und Skispringer durch die Lüfte gleiten? Die Antwort: Es hängt vom dynamischen Auftrieb ab. Wie das genau funktioniert, erfährst du hier.

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Das Wichtigste zum Thema Warum Flugzeuge fliegen

  • Was auch immer fliegen will, schwerer als Luft und keine Rakete ist, braucht Tragflächen, um nicht wie ein Stein zur Erde zu fallen.

  • Die Flügel und Rotoren von Flugzeugen und Hubschraubern nutzen das gleiche Prinzip wie Vögel und Fledermäuse. Es nennt sich dynamischer Auftrieb.

  • Das Geheimnis des Fliegens: Ein Flügel leitet Luft in eine andere Richtung um und beschleunigt sie dabei. Die Kraft, mit der ein Flügel die Luft umgelenkt, ist die gleiche, die auf den Flügel drückt ("Impuls-Erhaltung"). Unten erfährst du, wie das funktioniert.

  • Kurios: Die Physik, die den dynamischen Auftrieb erklärt, stammt vom englischen Super-Wissenschaftler Isaac Newton. Er lebte im 17 Jahrhundert, als es noch gar keine Flugzeuge gab. Übrigens: Auch die Flugzeuge der Zukunft nutzen das Prinzip und wollen mit bestimmten Bauarten den Luftwiderstand weiter reduzieren. Informiere dich, was Signaltöne im Flugzeug bedeuten.

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Wie ein Flügel funktioniert (und ein Rotorblatt auch)

So funktioniert der dynamische Auftrieb.
So funktioniert der dynamische Auftrieb.

Hier siehst du, wie Luft einen angestellten Flügel umströmt, wie beispielsweise beim Start eines Flugzeugs. Dabei lässt sich gut erkennen, wie die Luft nach unten abgelenkt wird. Der Druck unter dem Flügel ist am höchsten, darüber am niedrigsten ist (je dunkler der Blauton, desto höher der Druck). Als Resultat wirkt eine Kraft nach oben, die den Flügel anhebt.

Dynamischer Auftrieb: Der Flügel-Trick

↘️ Umströmt Luft einen Flügel, wird sie auf einer Seite umgelenkt und beschleunigt. Es entsteht dort ein Überdruck. Umgekehrt entsteht ein Unterdruck auf der Oberseite des Flügels (schau dir nun das animierte Gif an).

⬆️ Ist die nach oben drückende Kraft irgendwann so groß, dass sie die Schwerkraft übersteigt, fängt der Flügel (samt dranhängendem Fluggerät) an zu fliegen.

🛫 Das funktioniert aber nur, falls der Flügel aktiv gegen die Luft strömt. Hat der Flügel keinen Antrieb, gleitet er allmählich zu Boden - wie Skispringer und Segelflugzeuge.

🍥 Dieser Effekt funktioniert auch, wenn sich mehrere Tragflächen auf einer Welle drehen. Dann ist es ein Propeller (oder Rotor).

🚁 Der Trick daran: Flügel und Propeller funktionieren nach demselben Prinzip: die einen passiv, die anderen aktiv.

🚢 Erst dieses Phänomen ermöglicht es Wasser- oder Luftfahrzeugen voranzukommen, die von einem oder mehreren Propellern angetrieben werden: Flugzeuge, Schiffe, Hubschrauber. Noch besser: Im Umkehrprinzip lässt sich mit einem Propeller aus Wind Energie gewinnen.

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Der Foto-Beweis: Luftschneise unterm Flugzeug

Der Auftrieb eines Flugzeugs lässt sich gut erkennen, wenn es knapp über einer Wolkendecke fliegt. Es hinterlässt dabei eine Schneise in den Wolken, verursacht durch die Luft, die seine Flügel nach unten drückt.
Der Auftrieb eines Flugzeugs lässt sich gut erkennen, wenn es knapp über einer Wolkendecke fliegt. Es hinterlässt dabei eine Schneise in den Wolken, verursacht durch die Luft, die seine Flügel nach unten drückt.© Irish Defence Forces

Skispringen: Mehr Auftrieb im V-Stil

Wie wichtig die richtige Haltung für den dynamischen Auftrieb ist, erfuhr Ende der 80er-Jahre der schwedische Skispringer Jan Boklöv. Während eines Trainingssprungs riss ihm eine Windböe seine Ski V-förmig auseinander. Das ungewollte Ergebnis: Er sprang weiter als je zuvor.

Im Wettkampf bestraften ihn die Punktrichter zwar anfangs noch wegen fehlender Eleganz mit Punktabzug. Denn das Ziel war, die Ski parallel zu halten. Doch im 1988/89 gewann er mit der neuen Technik den Gesamtwettkampf. Heute spreizen alle Springer ihre Skier zur V-Form.

Entscheidender Unterschied: Im V-Stil erzeugen die die Skispringer zwar mehr Luftwiderstand und fliegen daher langsamer. Doch da die Ski dabei mehr Auftrieb erzeugen, schweben die Springer weiter als in der klassischen Parallelhaltung.

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Auftrieb auf den Kopf gestellt = bessere Bodenhaftung für Rennautos

Was ein Flugzeug in der Luft hält, presst umgekehrt Rennwagen für eine bessere Bodenhaftung auf den Asphalt. Dabei drücken die Heckspoiler und Frontflügel die Autos nach unten. Zusätzlich saugt ein Unterdruck am Fahrzeugboden die Boliden regelrecht auf der Piste fest.
Was ein Flugzeug in der Luft hält, presst umgekehrt Rennwagen für eine bessere Bodenhaftung auf den Asphalt. Dabei drücken die Heckspoiler und Frontflügel die Autos nach unten. Zusätzlich saugt ein Unterdruck am Fahrzeugboden die Boliden regelrecht auf der Piste fest.© picture alliance / Hasan Bratic

U-Boot steuern mit Tragflächen

Auch James Bond nutzte in "Der Spion, der mich liebte" den dynamischen Auftrieb, um sein Bondmobil "Wet Nellie" zu steuern - so wie auch seine Landsleute in den U-Booten der britischen Royal Navy. Achtung: Zum Auf- und Abtauchen blasen sie allerdings Luft in Ballast-Tanks, beziehungsweise lassen sie ab.

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