Wissenschaft im Dialog

Damit sich ein Flugzeug in die Lüfte erhebt, müssen vier Kräfte berücksichtigt werden: Der Auftrieb muss groß genug sein, um die Schwerkraft zu überwinden und der Schub groß genug, um den Widerstand zu überwinden. Schwerkraft, Auftrieb, Schub, Widerstand – was ist darunter zu verstehen?

Die Schwerkraft ist die Kraft, mit der jeder Körper von der Erde angezogen wird. Sie ist eine der Grundkräfte der Physik und vielen auch als Gravitation bekannt. Damit ein Flugzeug abhebt, muss also eine entgegengesetzte Kraft wirken, die diese Anziehung überwindet: Der Auftrieb.

Die Tragflächen sind bei einem Flugzeug entscheidend für den Auftrieb. Ihre Form und ihre Stellung zur anströmenden Luft führen dazu, dass die Luft die Tragflächen an der Oberseite schneller als an der Unterseite umströmt. Mit steigender Geschwindigkeit der Luft nimmt (nach der Gleichung von Bernoulli) der Luftdruck ab. Somit ist der Luftdruck an der Oberseite der Tragfläche kleiner als an seiner unteren Seite. Da sich der Druck aus der Kraft pro Fläche ergibt, ist auch die Kraft die auf die Unterseite der Tragfläche wirkt größer als die an der Oberseite, was zu einer Kraft nach oben – dem Auftrieb – führt. Ob sich ein Flugzeug in die Lüfte schwingt, ist also abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Luft die Tragflächen umströmt.

Die Vorwärtsbewegung des Flugzeuges verursacht normalerweise, dass die Luft mit ausreichend Geschwindigkeit die Tragflächen umströmt. Die Kraft, um das Flugzeug vorwärts zu bewegen, ist der Schub. Er wird bei einem Flugzeug durch dessen Triebwerke erzeugt. Ihm entgegen wirken verschiedene Widerstandskräfte, wie beispielsweise der Luftwiderstand. Je stärker der Widerstand ist, desto mehr müssen die Triebwerke arbeiten.

Was müsste also nun passieren, damit ein Flugzeug in der Luft stecken bleibt? Da das Prinzip des Fliegens darauf beruht, dass Luft schnell um die Tragflächen eines Flugzeugs strömt, ist „steckenbleiben“ nahezu unmöglich. Eine theoretische (!) Möglichkeit, dass ein Flugzeug über einem festen Punkt „stehen“ bleibt, könnte in einem sehr schnellen Luftstrom liegen, der das Flugzeug umströmt. Dieser müsste jedoch sehr genau die Geschwindigkeit treffen, mit der das Flugzeug abhebt, sich aber nicht vorwärts bewegt.

Bei der Beantwortung der Frage hat uns Henry Langner vom Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität Berlin unterstützt.

Redaktion WiD: ek

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