Zu diesen Versuchen kann man sich eines Apparates bedienen, wie er in
Fig. 45 und 46 angegeben ist. Fig. 45 zeigt die Anwendung beim Messen
des horizontalen Winddruckes, während Fig. 46 angiebt, wie die vertikale
Hebewirkung des Windes bestimmt wird. In beiden Fällen ist die zu
untersuchende Fläche, deren Querschnitt ab ist, an einem doppelarmigen
Hebel omc befestigt, der durch ein Gegengewicht g ausbalanciert wird, so
daß er bei Windstille mit der Fläche in jeder Lage stehen bleibt.
[Illustration: Fig. 45.
Fig. 46.
Fig. 47.]
Wenn nun der Wind auf die Fläche ab in Fig. 45 drückt, so sucht derselbe
den Hebel mit einer Kraft oh um den Punkt m zu drehen. Macht man om =
mc, so kann man an einer leichten in c angebrachten Federwage f direkt
die Kraft oh ablesen. oh ist die horizontale Komponente des auf die
Fläche ausgeübten Winddruckes.
Ganz analog wird nun nach Fig. 46 durch die Federwage f die vertikale
Winddruckkomponente ov direkt gemessen. Man hat aber dafür zu sorgen,
daß die Federwage stets so eingestellt wird, daß die Schwankungen des
Hebels omc wie vorher um die vertikale, so jetzt um die horizontale
Mittellage erfolgen.
Fig. 47 zeigt, wie durch Zusammensetzen von oh und ov die Resultante or
sich bilden läßt, welche dann die genaue Größe und die wirkliche
Richtung des auf die Fläche ab ausgeübten Winddruckes angiebt. Die
zusammengehörigen Flächen ab in den 3 Figuren müssen zum Horizont
gleich gerichtet sein und die gemessenen Kräfte auf dieselbe
Windgeschwindigkeit sich beziehen.
[Illustration: Fig. 48.]
Zum Messen der Windgeschwindigkeit kann man sich eines Apparates nach
Fig. 48 bedienen. Derselbe besteht aus einer, mittelst leichter
Holzrahmen und Papierbespannung hergestellten Tafel F, die auf einer
Stange ik leicht verschiebbar mit dem runden Teller t verkuppelt ist.
Die Tafel F hängt mittelst der Spiralfeder s mit i zusammen. Wenn nun
die Tafel F vom Wind getroffen wird, dehnt sich die Spiralfeder s aus,
und die Tafel verschiebt sich. In gleichem Maße verschiebt sich aber
auch der Teller t über einer Skala, und diese Letztere ist so
eingerichtet, daß man an der Stelle, wo t gerade sich befindet, ohne
weiteres die augenblickliche Windgeschwindigkeit ablesen kann.
Nach der Größe der Fläche F kann man leicht den Winddruck berechnen, der
bei den verschiedenen Windgeschwindigkeiten entstehen muß. Ferner kann
man für diesen Winddruck als Zugkraft die Federreckung bestimmen, also
auch für jede Windgeschwindigkeit die Stellung des Tellers t ermessen.
Auf diese Weise läßt sich die Skala mit ausreichender Genauigkeit
anfertigen.
Bei den von uns angewendeten Windmessern war F = 1/10 qm.
Dieser Windmesser muß in der Nähe der Apparate Fig. 45 und 46
aufgestellt werden, um in jedem Augenblick die herrschende
Windgeschwindigkeit in der Nähe der zu untersuchenden Fläche kennen zu
lernen.
Am besten werden derartige Versuche von 3 Personen ausgeführt, von denen
die eine die Windgeschwindigkeit abliest, die zweite Person die
Federwage beobachtet, und die dritte Person die aufgerufenen Zahlen
notiert.
Die Windgeschwindigkeit schwankt fast in jeder Sekunde, bleibt aber doch
zuweilen für mehrere Sekunden konstant. Bei solchen gleichmäßigen
Perioden hat der Windbeobachter die Geschwindigkeit aufzurufen, und der
Beobachter der Federwage wird dann leicht den zugehörigen Winddruck
angeben können. Wenn dann größere Reihen von Messungen erst für die
eine, dann für die andere Komponente angestellt und notiert sind, kann
man durch die Mittelwerte brauchbare Zahlen erhalten, und schließlich
aus den gemessenen horizontalen und vertikalen Komponenten für die
verschiedenen Flächenneigungen den wirklichen Luftwiderstand
konstruieren.
Die ersten derartigen Versuche mit den beschriebenen Apparaten wurden
von uns im Jahre 1874 angestellt und zwar mit seitlich zugespitzten
Flächen von ¼ qm Inhalt, die eine Höhlung von 1/12 der Breite besaßen.
Als Versuchsfeld diente die weite baumlose Ebene zwischen Charlottenburg
und Spandau, welche später zur Rennbahn benutzt wurde.
Zur Kontrolle dieser Versuche unternahmen wir im Herbst 1888 mit den
Flächen von der Form der Fig. 38 nochmals Messungen des Winddruckes und
zwar auf der ebenfalls ganz freien Ebene zwischen Teltow, Zehlendorf und
Lichterfelde, unweit der Kadettenanstalt.
Die Resultate der beiden Versuchsperioden stimmten trotz der
Ungleichheit in der Größe und Verschiedenheit in der Konstruktion der
angewendeten Apparate gut überein.
Das Verhältnis der Luftwiderstände für die einzelnen Neigungen der
Fläche gegen den Horizont ist auf Tafel V Fig. 1 analog wie früher
angegeben und zwar für die günstigste Wölbung von 1/12 der Flügelbreite.
Fig. 2 auf Tafel V giebt wieder die Abweichungen der
Luftwiderstandsrichtungen zur Normalen der Fläche an.
Da derselbe Maßstab wie früher gewählt wurde, so läßt sich mit den
früheren Diagrammen ein Vergleich anstellen. Außerdem ist das Diagramm
von Tafel IV punktiert eingezeichnet, woraus man sieht, wie stark diese
Messung im Winde von der Messung an Flächen, welche in Windstille
rotieren, abweicht.
Der größte Unterschied findet sich bei den kleineren Winkeln und
namentlich beim Winkel Null. Wie man sieht, wird eine horizontal
ausgebreitete gewölbte Fläche durch den Wind gehoben und nicht
zurückgedrückt. Auf diesen Fall, der ohne weiteres eine Erklärung für
das Segeln der Vögel abgiebt, wird später näher eingegangen werden.
Zunächst kommt es auf eine Erklärung an, inwiefern ein so großer
Unterschied im Luftwiderstand entstehen kann, wenn man einmal eine
Fläche mit gewisser Geschwindigkeit rotieren läßt, das andere Mal
dieselbe Fläche unter gleichem Winkel einem Wind von derselben
Geschwindigkeit entgegenhält.
Es sollen nun in folgendem einige Experimente Erwähnung finden, welche
hierüber den nötigen Aufschluß geben werden.