14. Der Luftwiderstand der ebenen, rotierenden Fläche.

Die Bewegung des Vogelflügels zum Vogelkörper gleicht annähernd der

Bewegung einer um eine Achse sich drehenden Fläche. Für jeden mit der

Drehachse parallelen Streifen einer solchen Fläche A, A, B, B in Fig. 4

entsteht wegen der verschiedenen Geschwindigkeit auch verschiedener

Luftwiderstand.

Wenn ein Flügel von der Länge AB = L um die Achse AA sich dreht, so

wird, wenn der Flügel überall gleiche Breite hat, der specifische

Luftwiderstand mit dem Quadrat der Entfernung von A zunehmen. Teilt man

den Flügel parallel der Achse in viele gleiche Streifen und trägt die

entsprechenden zu diesen Streifen gehörigen Luftwiderstände als

Ordinaten auf, so liegen deren Endpunkte, wie Fig. 5 veranschaulicht, in

einer Parabel AD. Die durch C gehende Schwerlinie der Parabelfläche ABD

giebt in C das Centrum des auf den Flügel wirkenden Luftwiderstandes.

Der Punkt C liegt auf ¾ Flügellänge von A entfernt. Man kann, wie in

Fig. 6, hierfür auch eine andere Anschauungsweise zum Ausdruck bringen.

Sowie die Parabelordinaten zunehmen, nehmen auch die Querschnitte einer

Pyramide zu, ebenso wie die Gewichte von Pyramidenscheibchen, wenn man

sich die Pyramide parallel der Basis B, B, B, B in viele gleich starke

Platten zerschnitten denkt. Der Schwerpunkt dieser Platten ist der

ebenfalls auf der Länge ¾L von der Spitze A entfernte Schwerpunkt der

Pyramide.

[Illustration: Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.]

Der durch die Fläche ABD in Fig. 5 dargestellte oder durch den

Pyramideninhalt, Fig. 6, veranschaulichte Gesamtluftwiderstand beträgt

1/3 von demjenigen Luftwiderstand, welcher dem Rechteck ABDE

entsprechend entstände, wenn die ganze Flügelfläche mit der

Geschwindigkeit ihrer Endkante B sich durch die Luft bewegte. Ist B die

Flügelbreite, L die Flügellänge, und c die Geschwindigkeit der Endkante

BB, so wird der Luftwiderstand ausgedrückt durch die Formel

W = 1/3 × 0,13 × B × L × c^2.

Will man die Formel aber auf die Winkelgeschwindigkeit [omega] beziehen,

so ergiebt sich durch Einsetzen von L^2[omega]^2 für c^2

W = 1/3 × 0,13 × B × L^3 × [omega]^2.

Wenn ein dreieckiger Flügel ABD, Fig. 7, um eine Kante AD sich dreht, so

entsteht nur ¼ von demjenigen Luftwiderstand, der sich bilden würde,

wenn die Breite B auf der ganzen Länge L vorhanden wäre, also nur ¼ von

dem Luftwiderstand, wie im vorigen Falle.

Obwohl also die Dreiecksfläche halb so groß ist, wie das früher

betrachtete Rechteck, sinkt der Luftwiderstand auf ¼ seiner früheren

Größe herab, weil gerade an den Teilen der Fläche, welche viel Bewegung

haben, also an der Dreiecksspitze, wenig Fläche vorhanden ist.

[Illustration: Fig. 7.

Fig. 8.]

Der Beweis läßt sich mit Hülfe niederer Mathematik nicht erbringen und

wäre in folgender Weise anzustellen:

Ist wieder [omega] die Winkelgeschwindigkeit, so hat der Streifen b × dl

den Widerstand

0,13 × b × dl × [omega]^2 × l^2.

Da L/B = (L - l)/b oder b = B/L(L - l) = B(1 - l/L), so ist der

Widerstand des Streifens

0,13 × B × [omega]^2(l^2 × dl - l^3/L × dl).

Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst Ein Beitrag zur Systematik der Flugtechnik · 第 17 / 50 题