Gedankenexperiment - Ein Flugzeug auf einen Laufband

[vogibeule]

[quote="Ratman "]
Ihr verwechselt da das Antriebsprinzip eines Flugzeugs mit dem eines Autos. Das Auto fährt so schnell, wie sich die Räder drehen, weil sich die Antriebskraft unmittelbar von den Rädern auf die Straße überträgt. Beim Flugzeug ist das anders.

Gehen wir es anders an. Das gleiche Flugzeug, nur dass es jetzt nicht auf Rädern steht, sondern auf Stützen. Da sich die Stützen nicht drehen können, bleibt auch das Rollband stehen. Das ist physikalisch nichts anderes, als dass sich "Räder" (also in unserem Fall unsere Stützen) und Boden gleichschnell in entgegengesetzter Richtung bewegen, nämlich mit der Geschwindigkeit 0. Wenn nun die Turbinen zünden, dürfte sich das Flugzeug nach Eurer These nicht bewegen, weil sich Stützen und Boden ja gleichnschnell in entgegengesetzter Richtung bewegen. Tatsächlich wird sich das Flugzeug aber vorwärts bewegen, weil die Antriebskraft sich zwischen Turbine und Umgebungsluft übermittelt, und nicht zwischen Stützen und Boden. Es entsteht lediglich ein erhöhter Reibungswiderstand zwischen Stützen und Boden der durch zusätzliche Antriebskraft überwunden werden muss. Da der Reibungswiderstand bei Rädern viel geringer ist, als bei Stützen, ist der in unserem Gedankenmodell zu vernachlässigen. Darum muss das Flugzeug abheben.


PS: Auch wenn ich relativ bestimmt schreibe, heißt das nicht, dass das so stimmen muss. Sind nur meine Vermutungen, bzw. Überlegungen. Ich bin nur zu faul, in jedem Satz "Ich vermute" usw. zu schreiben. ]


Das Lfz erzeugt Schub das ist nichts anderes als Vortriebskraft die durch das Laufband ausgeglichen wird !Es kann wenn ich das Mit dem Laufband richtig verstanden habe keine Auftriebskraft entstehen die ich zum Abheben brauche !weil keine Luftströmung entsteht.

[Ratman]

Und wieder ein Forum mehr mit dieser Frage..... :-P
Ich finde dieses Gedankenexperiment aber immer wieder interessant.

Ich denk mir einfach mal, das es schon irgendwie abheben wird.
Begründen kann ich es nicht wirklich (will ich auch nicht) aber es sollte schon gehen.
Schade das man dieses Experiment nicht so schnell realisieren könnte.
Das würde ich mir sehr gerne als echten Versuchsaufbau ansehen.

Als echter Versuchsaufbau würde das nie funktionieren, weil da immer die Trägheit mitspielt. Das heißt, das Laufband könnte noch so intelligent sein, es gäbe immer eine Verzögerung zwischen Rad- und Laufbandbewegung. Darum ist es ja ein Gedankenmodell, weil's praktisch nicht zu überprüfen ist. ;-)

[Ratman]

Nochmal eine neue Theorie: Man nehme ein handelsüliches Laufband, wie es in jedem Fitnesstudio zu finden ist. Das stellen wir so auf, dass dahinter eine Wand ist, die man vom Laufband aus erreichen kann. Dann stellen wir uns mit Rollschuhen bekleidet drauf. Jetzt wieder die Vorgabe: das Laufband bewegt sich im gleichen Tempo entgegengesetzt zur Bewegung der Räder der Rollschuhe. Wenn ich mich jetzt mit den Armen von der Wand abstoße, werde ich mich trotzdem vom Fleck bewegen bewegen, weil die Kraftübertragung von meinen Armen (den Turbinen) zur Wand (der Umgebungsluft) stattfindet, und nicht von den Rollschuhen zum Laufband.




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Ich hoffe, man kann anhand meiner "Zeichnung" ungefähr erahnen, was ich meine.

[Bonefire]

[quote="Ratman "]
Als echter Versuchsaufbau würde das nie funktionieren, weil da immer die Trägheit mitspielt. Das heißt, das Laufband könnte noch so intelligent sein, es gäbe immer eine Verzögerung zwischen Rad- und Laufbandbewegung. Darum ist es ja ein Gedankenmodell, weil']

Is mir klar...... Gedanken machen es möglich.....
Das müsste man mal nem Goldesel ala Gates in den Kopf setzen.
Wäre zu krass..... Aber mir würd auch ne PC Simulation / Darstellung reichen.
Zumindestens um sich das ganze mal irgendwie in Bewegung anzusehen.
Egal wie..... Wäre einfach nur interessant..... Scheiss auf die Unmöglichkeit..... ;-)

[Englander]

Und wenn's nicht funktioniert... Waere Darby schuld?

[Akuram]

[quote="Akuram "]
Noch was,
das Flugzeug braucht übrigens die gleiche Zeit und Startlänge, wie bei einem "normalen" Start.
Und für die Zweifler wäre noch das Bild entworfen, bei dem das Flugzeug als Wasserflugzeug startet bzw. ein Harrier (Senkrechtstarter) ist. Bei beiden gibt es keine Räder zur Kraftübertragung und somit zur Geschwindigkeitsaufnahme! ]

Ist das so schwer zu verstehen? ;-) :icon_twisted:
Die Geschwindigkeitsaufnahme kommt nicht von den Rädern, sondern von den Turbinen, die sich "gegen" die Luft hinter dem Flugzeug "stemmen". Dadurch gewinnt das Flugzeug an Geschwindigkeit. Das Laufband rollt jetzt zwar schneller, aber da sich das Flugzeut mittels der Turbinen immer noch von der Luft wegstösst und nicht über die Reifen versucht an Vortrieb zu gewinnen, wird das Flugzeug weiter beschleunigen, bis es im Vergleich zu der Umgebungsluft die Abhebgeschwindigkeit erreicht hat. Dafür braucht es im übrigen die gleich Geschwindigkeit, wie auf einer festen Startbahn und daher auch nicht mehr Startbahn bzw. Rollband. Vorrausgesetzt man vernachlässigt die erhöhte Reibungskraft der Reifen, da sie schneller drehen als bei einem normalen Start.
Wie gesagt, der Knackpunkt beim verstehen dieser Frage ist:
Das ein Flugzeug seine Geschwindigkeit über Turbinen mittels Rückstoss erreicht und nicht wie ein Auto, dass sich auf der feststehenden Strasse "abstösst". Da die Luft aber im Gegensatz zum Laufband nicht bewegt wird, beschleunigt das Flugzeug! Bei der Luft müsste man es übrigens genau anders herum machen. Je schneller das Flugzeug fliegt, desto höher ist der Rückenwind. Hebt das Flugzeug ab?

[Akuram]

[quote="Englander "]
Und wenn']

nein, laut Jürgen wäre es mit Sicherheit Fedra! :icon_mrgreen:

[Ratman]

Nochmal eine neue Theorie: Man nehme ein handelsüliches Laufband, wie es in jedem Fitnesstudio zu finden ist. Das stellen wir so auf, dass dahinter eine Wand ist, die man vom Laufband aus erreichen kann. Dann stellen wir uns mit Rollschuhen bekleidet drauf. Jetzt wieder die Vorgabe: das Laufband bewegt sich im gleichen Tempo entgegengesetzt zur Bewegung der Räder der Rollschuhe. Wenn ich mich jetzt mit den Armen von der Wand abstoße, werde ich mich trotzdem vom Fleck bewegen bewegen, weil die Kraftübertragung von meinen Armen (den Turbinen) zur Wand (der Umgebungsluft) stattfindet, und nicht von den Rollschuhen zum Laufband.




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Ich hoffe, man kann anhand meiner "Zeichnung" ungefähr erahnen, was ich meine.

Ha, anhand dieses Beispiels bin ich jetzt - glaube ich wenigstens - auf die Lösung gekommen.

Die Lösung lautet: Es gibt keine Lösung, da der Versuchsaufbau den grundlegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten widerspricht.

Wenn ich mich von der Wand abdrücke, dann überträgt sich diese Kraft im Endeffekt auf die Rollschuhe und die Räder beginnen sich zu drehen. Wenn sich nun das Laufband immmer im gleichen Tempo in entgegengesetzter Richtung zu den Rädern der Rollschuhe bewegt, müsste ich mich beständig weiter von der Wand abstoßen, um eine Bewegung zu erreichen. Wenn ich mich theoretisch aber die ganze Zeit von der Wand abstoße, wird beständig Energie auf auf die Räder umgeleitet. Dadurch nimmt die Geschwindigkeit der Räder (und damit auch des Laufbandes) beständig bis ins Unendliche zu. Da Einstein aber mal festgestellt hat, dass c die maximal mögliche Geschwindigkeit ist, widerspricht der Versuchsaufbau der Formel E=mc2.

Theoretisch ist der Versuch damit nicht möglich. In der Praxis wird das Flugzeug jedoch aufgrund der weiter oben schon erläuterten Trägheit abheben.

Klingt kompliziert? Stimmt. Ich hoffe, das versteht jetzt einer und kann mich auf einen eventuellen Denkfehler hinweisen.

[Tom]

Aufgrund der fehlenden Fortbewegungsgeschwindigkeit und der damit nicht vorhandenen Auftriebs wird das Flugzeug den Boden nicht verlassen können.

Hier sollten Mathematiker evtl. schlauer daraus werden, ich nicht:

Dynamischer Auftrieb
Er entsteht, wenn der Körper sich relativ zum Gas oder zur Flüssigkeit bewegt. Die Kraft, die das Fluid (Gas oder Flüssigkeit) auf den Körper ausübt, besteht grundsätzlich aus zwei Komponenten:

1. der Widerstandskraft FW (wirkt in Richtung der Anströmung),


cW = Widerstandsbeiwert (siehe auch: Strömungswiderstandskoeffizient bzw. cW-Wert)
A = Fläche senkrecht zur Widerstandskraft (Querschnittfläche/Projektionsfläche)
? = Dichte des Mediums
v = Anströmgeschwindigkeit
2. der dynamischen Auftriebskraft FA (engl.: lift force, wirkt rechtwinklig zur Anströmung, wobei hier der Verständlichkeit halber keine Trägheitskräfte betrachtet werden, die im instationären Fall, z.B. im Seegang, zusätzlich vorkommen (hydrodynamische Massen)).


cA = Auftriebsbeiwert
A = Fläche, auf der der Auftrieb wirkt/Tragfläche
? = Dichte des Mediums
v = Anströmgeschwindigkeit

Im Gegensatz zum statischen Auftrieb ist die Richtung des dynamischen Auftriebs nicht durch "oben" und "unten" im Sinne der Schwerkraft definiert, sondern nur dadurch, wie Körper und Strömung zueinander orientiert sind. Dennoch nennt man ihn auch dynamischen Abtrieb, wenn er in Richtung der Gewichtskraft wirkt, also entgegengesetzt zum statischen Auftrieb.

Der dynamische Auftrieb hängt von der Größe und Richtung der Anströmgeschwindigkeit relativ zum Körper ab.

Wichtig ist hierbei wohl, daß dem Flugzeug auf dem Laufband die Anströmgeschwindigkeit fehlt.... Denke ich mal

[Akuram]

Guter Gedanke, aber falsch.
Probiere den gleichen Versuch mal mit einem Geländer neben dem Laufband aus. So wie das Geländer, ist nämlich auch überall Luft, an dem das Flugzeug sich abstösst! Es kommt also voran.


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LAUFBANDLAUFBANDLAUFBANDLAUFBAND

[Akuram]

Aufgrund der fehlenden Fortbewegungsgeschwindigkeit und der damit nicht vorhandenen Auftriebs wird das Flugzeug den Boden nicht verlassen können.

Hier sollten Mathematiker evtl. schlauer daraus werden, ich nicht:

Wichtig ist hierbei wohl, daß dem Flugzeug auf dem Laufband die Anströmgeschwindigkeit fehlt.... Denke ich mal

Damit wird nur erkärt, warum ein Flugzeug überhaupt bzw. grundsätzlich abhebt, aber nicht das es auf einem Laufband nicht abheben könnte. Da die Luft wie gesagt nicht in Bewegung gerät, wird das Flugzeug sich davon abstossen und immer wieder und weiter abstossen, bis es soviel Geschwindigkeit bzw. Gegenwind hat, das die Tragflächen genug umströmt werden, damit es abheben kann.
Im übrigen kann man mit einem Flugzeug auch rückwärts fliegen, wenn der Gegenwind nur groß genug ist. Habe ich selber beim Segelfliegen schon erlebt.

[Ratman]

Guter Gedanke, aber falsch.
Probiere den gleichen Versuch mal mit einem Geländer neben dem Laufband aus. So wie das Geländer, ist naämlich auch überall Luft, an dem das Flugzeug sich abstösst! Es kommt also voran.


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Aber: In dem Moment, wo ich mich vorwärts bewege, müssen sich die Räder schneller drehen, als das Laufband unter mir in die entgegengesetzte Richtung läuft, da ich mich sonst nicht vorwärts bewegen würde. Hier kommt die von mir erwähnte Trägheit ins Spiel. Bis das Laufband tatsächlich auf die Geschwindigkeitsänderung reagiert, habe ich mich schon ein Stück weit fortbewegt. Das heißt die Beschleunigung der Räder ist der des Laufbandes immer ein Stück weit voraus. Darum bewege ich mich in der Praxis vorwärts.

Bei einem rein theoretischen Versuchsaufbau, der jegliche Trägheit ausschließt, ist das aber nicht möglich. Meine Antriebsenergie wird in Bewegungsenergie auf die Räder umgewandelt. Dieser Kraft wirkt das Laufband in gleicher Größe entgegen. Da ich aber durch mein Ziehen am Geländer beständig Energie zuführe, müssten sich Räder und Laufband auch beständig schneller drehen. Das widerspricht - wie bereits geschrieben - der Gesetzmäßigkeit E=mc2. Damit ist der Versuchsaufbau physikalisch unlogisch und kann nicht gelöst werden, weil als Ergebnis für die Bewegung von Räder und Laufband die berühmte liegende Acht rauskommen muss.

[Ratman]

Da die Luft wie gesagt nicht in Bewegung gerät, wird das Flugzeug sich davon abstossen und immer wieder und weiter abstossen, bis es soviel Geschwindigkeit bzw. Gegenwind hat, das die Tragflächen genug umströmt werden, damit es abheben kann.

Jetzt wird's richtig wissenschaftlich. :icon_mrgreen:

Meines Erachtens hängst das auch davon ab, wo die Turbinen angebracht sind. Bei einem Flugzeug mit Tragflächenturbinen bringe ich die Luft um die Tragflächen herum durchaus in Bewegung. Durch den Rückstoß der Turbinen wird die Luft hinter der Tragfläche praktisch weggestoßen. Dadurch entsteht ein Unterdruck, der von der dann "dickeren" Luft vor der Tragfläche aufgefüllt wird. Somit entsteht eine Luftströmung im Bereich der Tragfläche, durch die evtl. tatsächlich der benötigte Auftrieb erzeugt wird. Bei einer Heckturbine wie beispielsweise bei einem Düsenjet dürfte der Effekt im Bereich der Tragflächen weitaus geringer ausfallen, wodurch die Luftströmung nicht erzeugt wird.

[djrene]

Da wir bei diesem Gedankenexperiment Reibung und Trägheit ausschließen müssen, da es das Experiment sonst nicht gäbe, gibt das Laufband keinen Impuls nach hinten, da die Räder ja ohne Reibung beliebig schnell frei drehen. Der Impuls nach vorne bleibt jedoch erhalten Bei einer angenommenen Startgeschwindigkeit von ca. 300 km/h bewegt sich das Band auch mit 300 km/h entgegengesetzt. Mangels Reibung an den drehenden Rädern hat das aber null Auswirkungen auf die durch Rückstoß ausgelöste Vorwärtsbewegung des Fliegers. Und da selbiger sich nach vorne bewegt, hat er natürlich auch eine Strömung unter und über dem Flügel die den Vogel nach oben saugen (auch das ein weit verbreiteter Irrtum, ein Flugzeug fliegt nicht auf einem Luftpolster, sondern wird durch Unterdruck auf der Oberseite des Flügels nach oben "gesaugt") läßt.

[Ratman]

Da wir bei diesem Gedankenexperiment Reibung und Trägheit ausschließen müssen

Trägheit ja, aber warum müssen wir Reibung ausschließen? Die ist doch sogar zentral bedeutend für das Experiment. Oder hab ich da was übersehen?

[djrene]

Gut, die Reibung können wir sogar mit hineinnehmen, die entsteht ja auch beim normalen Start mit 300 km/h und mehr brauchen wir ja so oder so nicht.

Edit: Es wären glaube ich 600 km/h wenn ich das richtig überdacht habe (beim Laufband)

[J-F Labbeforever]

Trägheit ja, aber warum müssen wir Reibung ausschließen? Die ist doch sogar zentral bedeutend für das Experiment. Oder hab ich da was übersehen?

Hattest du nie 9. Klasse Phsyik? Bei uns hiess es immer "Ach ja, die Reibung vernachlaessigen wir mal". Lag eventuell aber auch am Lehrer :icon_mrgreen: ;-)

[Ratman]

Sobald aber Reibung da ist, gibt das Laufband sehrwohl einen Impuls nach hinten. Damit das Flugzeug sich nach vorne bewegt, müssen

a) sich die Räder schneller drehen, als das Laufband läuft

oder

b) die Räder über das Laufband "schleifen".

Letzteres ist aber nur möglich, wenn wir wieder die Trägheit berücksichtigen, die ja ausgenommen sein muss, weil sonst die Versuchsanordnung keinen Sinn macht.

Ich bleibe dabei: Der theoretische Versuch ist ohne Berücksichtigung der Trägheit nicht zu lösen, da ich so lange Energie zuführen muss, bis sich die Räder schneller drehen, als das Laufband. Wenn das Laufband aber nicht träge reagiert, dann müsste ich unendlich Energie zuführen, wodurch sich die Räder unendlich schnell drehen müssten.

[Ratman]

[quote="J-F Labbeforever "]
Hattest du nie 9. Klasse Phsyik? Bei uns hiess es immer "Ach ja, die Reibung vernachlaessigen wir mal". Lag eventuell aber auch am Lehrer :icon_mrgreen: ]

Bei uns hieß es immer: Reibung erzeugt Wärme. Ich wollte mir das mal von meiner Klassenkameradin demonstrieren lassen, aber die hatte was dagegen. :icon_mrgreen: ;-)

[J-F Labbeforever]

[quote="Ratman "]
Bei uns hieß es immer: Reibung erzeugt Wärme. Ich wollte mir das mal von meiner Klassenkameradin demonstrieren lassen, aber die hatte was dagegen. :icon_mrgreen: ]
Als reine Jungenklasse mussten wir da immer selbst Hand anlegen.... ops: :icon_twisted: ;-)