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Warum fliegt ein Flugzeug?

Der Bernoulli-Effekt

Der Schweizer Physiker Daniel Bernoulli beschrieb im 18. Jahrhundert einen Effekt, der zur entscheidenden Grundlage für modernes Fliegen geworden ist: Strömende Flüssigkeiten und Gase üben einen geringeren Druck auf Ihre Umgebung aus als ruhende. Je höher die Geschwindigkeit um so kleiner der Druck. Ein einfacher Versuch, den jeder zu Hause ausprobieren kann, zeigt diesen Effekt: Hält man ein Blatt Papier an einer Seite jeweils an den Ecken fest, hängt das Blatt in einem Bogen herunter. Bläst man jedoch oben über den Papierstreifen, dann ist dort die Geschwindigkeit der Luft größer als unten, wo sich die Luft nicht bewegt. Dadurch wird der Druck an der oberen Seite herabgesetzt. Der höhere Druck an der Unterseite drückt nun das Blatt nach oben.

Das Zauberwort heißt Asymmetrie

Schaut man sich einen Flugzeugflügel im Profil an, sieht man, dass er einen asymmetrischen Querschnitt besitzt: die Flügelunterseite ist fast gerade, während die Oberseite gewölbt ist. Der Luftstrom hat unten einen kürzeren Weg als oben, das heißt, oben strömt die Luft schneller. Nach Bernoulli heißt das nichts anderes, als dass der Druck oben geringer ist als unten - es entsteht also Auftrieb. Der wird durch leichtes Anstellen des Flügels noch verstärkt. Diesen Effekt nutzt man zum Beispiel bei Kunstflugzeugen. Deren Flügel besitzen zwar ein symmetrisches Profil, heben aber durch den Anstellwinkel trotzdem ab. Die asymmetrische Bauweise kann man als Grundprinzip betrachten. Man findet sie bei den Rotorblättern eines Hubschraubers, bei Gleitschirmen, bei Drachen und natürlich auch bei Vögeln - es ist immer derselbe Trick, der einen Körper in der Luft hält.

Mindestgeschwindigkeit erforderlich

Jedes Flugzeug braucht, abhängig von Gewicht und tragender Fläche, eine gewisse Mindestgeschwindigkeit. Beim Unterschreiten dieser Geschwindigkeit wird der Flügel nicht mehr glatt umflossen und die Strömung reißt ab. Das Flugzeug hat dann nicht mehr genügend Auftrieb und fällt wie ein Stein vom Himmel.

Manchmal werden die Strömungsverhältnisse auch absichtlich verändert. Dies ist zum Beispiel während der Landung üblich, um die Landegeschwindigkeit zu verringern. Zum einen kann der Pilot durch das Ausfahren der Landeklappen praktisch die Wölbung des Flügels verstärken und bei machen Flugzeugtypen auch die Fläche des Flügels vergrößern. Jeder der schon mal bei der Landung eines Düsenjets am Fenster gesessen hat, kennt das hydraulische Ausfahren der Flügelverlängerung. Beide Maßnahmen erhöhen den Auftrieb und ermöglichen dadurch das Absenken der Landegeschwindigkeit. Bei einem Jumbojet beträgt sie etwa 270 Kilometer pro Stunde. Ohne Hilfsmittel müsste der Riesenvogel mit fast 400 Kilometer pro Stunde aufsetzen.