Luftwiderstand

Der Winddruck ist ein rechnerischer Druck, der entsteht, wenn strömendes Gas, bzw. allgemeiner ein strömendes Fluid, auf einen Gegenstand trifft. Umgekehrt tritt der gleiche Druck an einem Gegenstand auf, der sich durch ruhende Luft bewegt. Dies wird als Luftwiderstand bezeichnet (siehe auch Strömungswiderstand).

Es handelt sich hierbei um dynamischen Druck, im Gegensatz zum Luftdruck, bei dem es sich um statischen Druck handelt.

Der Winddruck ist deshalb rechnerisch, weil davon ausgegangen wird, dass er auf der kompletten Anströmfläche konstant ist. In Wirklichkeit stellt sich aber eine Druckverteilung auf dem Gegenstand ein. Das Produkt aus Winddruck und Anströmfläche ergibt die Strömungskraft. Sie ist genauso groß, wie das Flächenintegral über die Druckverteilung auf dem Gegenstand. Somit ist der Winddruck der Mittelwert der Druckverteilung. Der größte auf dem Gegenstand auftretende Druck ist der Staudruck im Staupunkt, wo die Strömung auf Stillstand abgebremst und die kinetische Energie des Fluids in Druck umgewandelt wird.

Inhaltsverzeichnis

Definition

Für Winddruck pWind und Kraft F parallel zur Wind- bzw. zur Strömungsrichtung gilt:

 p_\mathrm{Wind} = c_\mathrm{w} \cdot \frac {\rho}{2} \cdot v^2
 F =  A \cdot p_\mathrm{Wind}  = A \cdot c_\mathrm{w} \cdot \frac {\rho}{2} \cdot v^2 (in  \frac {\mathrm{kg\,m}}{\mathrm{s}^2} bzw. N)

Alternativ kann der Luftwiderstandsbeiwert cw nicht dem Druck, sondern der Fläche zugerechnet werden, es ergibt sich dann eine effektive Widerstandsfläche:

 p_\mathrm{Stau} = \frac {\rho}{2} \cdot v^2
 F =  c_\mathrm{w} \cdot A \cdot p_\mathrm{Stau}  = c_\mathrm{w} \cdot A \cdot \frac {\rho}{2} \cdot v^2
jeweils mit
A = Projektionsfläche in m2
cw = dimensionsloser Luftwiderstandsbeiwert bzw. Strömungswiderstandskoeffizient
v = Windgeschwindigkeit in m/s relativ zum umströmten Körper
ρ = Dichte der Luft in kg/m3

Materialwerte

Die Dichte der Luft bei mittlerem Druck auf Meereshöhe von 1013,25 hPa = 760 Torr (mmHg) ist:

 \rho = 1{,}293 \, \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3} (bei 0 °C)
 \rho = 1{,}204 \, \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3} (bei 20 °C)
Luftwiderstandsbeiwert verschiedener Formen
Form cw-Wert
Kreisplatte 1,11
Quadratplatte 1,50
Halbkugelschale, konvexe Seite 0,34
Halbkugelschale, konkave Seite 1,33

Weichen Luftdruck und Temperatur von diesen Werten ab, so müssen für genaue Berechnungen die zugehörigen Werte nach der Thermischen Zustandsgleichung eingegeben werden. Die Abweichungen die sich durch Variationen der geometrischen Form der Fläche für den des Luftwiderstandswert ergeben können sind jedoch demgegenüber so groß, dass unter irdischen Oberflächenbedingungen Temperatur und Luftdruck vernachlässigt bleiben können.

Beispiel

  • Windgeschwindigkeit: 30 km/h (8,33 m/s) bei 20 °C und 760 mmHg;
  • Gegenstand: quadratische Platte mit einer Fläche A von 1 m2;

Daraus ergibt sich eine Kraft F wie folgt:

 F = \frac {1{,}5}{2} \cdot 1{,}204 \, \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3} \cdot 1~\mathrm{m}^2 \cdot 8{,}33^2 \, \frac{\mathrm{m}^2}{\mathrm{s}^2} \approx 62{,}7~\mathrm{N}

Beispieltabelle

Kraft bzw. Druck auf eine senkrecht angeströmte Fläche von 1 m2 mit cw = 1 bei verschiedenen Windstärkenwerten. Innerhalb jeder Stufe der Beaufortskala sind jeweils die oberen Windgeschwindigkeitswerte angegeben.

Winddrücke auf eine Fläche mit cw = 1 bei 20 °C auf Meereshöhe
Windstärke in Bft Windgeschwindigkeit in m/s Winddruck in N/m2
0 0,2 0,03
bis 1 1,5 1,4
bis 2 3,3 6,6
bis 3 5,4 17,6
bis 4 7,9 37,6
bis 5 10,7 68,9
bis 6 13,8 114,6
bis 7 17,1 176
bis 8 20,7 258
bis 9 24,7 367

Literatur

  • Ernst Götsch: Luftfahrzeugtechnik, Stuttgart: Motorbuchverlag 2003, ISBN 3-613-02006-8

Weblinks


Wikimedia Foundation.

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Luftwiderstand — Luftwiderstand, der Widerstand, den ein Körper bei Bewegung im lufterfüllten Raum erfährt, rührt bei größern Geschwindigkeiten hauptsächlich von der Trägheit der Luft her, die durch den Körper in Bewegung gesetzt wird, und ist deshalb annähernd… …   Meyers Großes Konversations-Lexikon

  • Luftwiderstand — s. Zugswiderstände …   Enzyklopädie des Eisenbahnwesens

  • Luftwiderstand — Luftreibung * * * Lụft|wi|der|stand 〈m. 1u; unz.; Phys.〉 der Bewegung entgegengerichtete, bes. stark von der Geschwindigkeit abhängige Kraftwirkung auf einen sich bewegenden Körper, verursacht durch die Verdrängung der Luft u. die dabei… …   Universal-Lexikon

  • Luftwiderstand — der Luftwiderstand (Oberstufe) Druck, der entsteht, wenn die Luft auf einen Gegenstand trifft Beispiel: Die Bremswirkung eines Fallschirms ist auf den Luftwiderstand zurückzuführen …   Extremes Deutsch

  • Luftwiderstand — Lụft|wi·der·stand der; nur Sg; der Druck, den die Luft auf einen Körper ausübt, der sich bewegt: Bei zunehmender Geschwindigkeit wird der Luftwiderstand immer größer …   Langenscheidt Großwörterbuch Deutsch als Fremdsprache

  • Luftwiderstand — aerodinaminis pasipriešinimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. aerodynamic drag; aerodynamic resistance; air resistance vok. aerodynamischer Widerstand, m; Luftwiderstand, m rus. аэродинамическое сопротивление, n pranc. résistance… …   Fizikos terminų žodynas

  • Luftwiderstand — aerodinaminis pasipriešinimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kūnui judant oro (dujų) aplinkoje, dėl šios aplinkos poveikio kūną veikianti jėga. Skraidymo aparatų aerodinamikoje tai pasipriešinimo skridimui jėgos dedamoji, priešinga… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • Luftwiderstand — Lụft|wi|der|stand …   Die deutsche Rechtschreibung

  • Luftwiderstand [1] — Luftwiderstand. Bewegt sich ein Körper relativ zur Luft (oder zu einer andern Flüssigkeit), so erfährt er einen von seiner Form und der Geschwindigkeit der Bewegung abhängigen Widerstand, der außerdem der Dichte der Luft proportional ist. Nur zum …   Lexikon der gesamten Technik

  • Luftwiderstand [3] — Luftwiderstand. Unsere Kenntnisse über den Luftwiderstand haben sich infolge der rapiden Entwicklung der Flugtechnik und Luftschiffahrt in den letzten Jahren wesentlich erweitert. Im Anschluß an das in Bd. 6 und Ergbd. I Gesagte sei hier das… …   Lexikon der gesamten Technik

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”