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  Aerodynamische Levitation |
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DarkLight
Junior 
Dabei seit: 21.12.2020
Mitteilungen: 18
 |      Themenstart: 2021-01-13 22:13
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Guten Abend!
Wir hatten in der Vorlesung einen Schraubendreher mittels eines Luftstrahls zum Schweben gebracht:
Laut Vorlesung beruht das Phänomen auf dem Bernoulli- und dem Coanda-Effekt.
Nun sollen wir diskutieren, a) welche Rolle die Form des Schraubendrehers dabei spielt und b) welche der vier Körper (Zylinder, Zylinder mit oben abgerundeter Kante, und zwei gespitzte Zylinder) ebenfalls schweben könnte:
Leider fehlt mir um ehrlich zu sein etwas der Ansatz.
LG Nadine
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funmitphysik
Junior 
Dabei seit: 25.01.2018
Mitteilungen: 11
| Beitrag No.1, eingetragen 2021-01-15 09:23
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Hallo DarkLight,
Mögliche Lösungsschritte:
Du zitierst selbst 2 physikalische "Effekte" die eine Rolle spielen.
Schreib Dir hin, welcher der beiden Effekte welche Wirkung hat.
Zusätzlich:
Welche Voraussetzung muss für den Coanda Effekt erfüllt sein und wie muss das Objekt für das Eintreten des Coanda Effektes geformt sein ?
Das ist der Schlüssel.
Eine nette Erklärung -ich meine noch bei Edgar Lüscher oder Dransfeld, Kienle Vonach erklärt den Coanda Effekt anhand des Schnabels einer Teekanne und des ausfließenden Tees.
Eine gute Erklärung erklärt auch, bei welcher Strömungsform der Coanda Effekt nicht mehr eintritt.
Wenn Du mit diesen Tips nichts anfangen kannst, der empirische Ansatz:
Auch eine Glühbirne kann zum Schweben gebracht werden, viele andere Gegenstände jedoch nicht ( e.g. würde ein Schraubendreher mit minimal anderer Form nicht schweben)
Dann erinnerst Du Dich an 2 Dinge:
1. Wie erklärt Physiker von Welt eingängig (aber falsch, weil Ansatz zu vereinfachend) das Fliegen mit dem ersten der beiden Gesetze oben -> was muss also erzeugt werden / vorliegen ?
2. Ein wenig Biomechanik/Morphing:
Was haben der Schraubendrehe und die Glühbirne von der Form her gemeinsam, wenn man ihren Schatten mit dem Diaprojektor übereinander projizieren würde?
Dafür ist wichtig, den schwebenden Schraubendreher genau ! anzuschauen, nicht jeder
Schraubendreher würde schweben.
Nach 1. haben wir noch den zweiten Effekt (Coanda) "übrig".
Würde der Schraubendreher ohne Coanda Effekt "stabil" schweben?
Was unterstützt der Coanda Effekt anhand der Form der Objekte wenn man an den ersten Schritt der Erklärung denkt ?
Ich hoffe, das sind genug Tips, um zu motivieren, nochmal beide zusammen wirkenden Effekte für Dich selbst mit 2 Zeilen zu beschreiben, such vor allem eine klare Erklärung des Coanda Effektes.
Micha
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DarkLight
Junior
Dabei seit: 21.12.2020
Mitteilungen: 18
| Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2021-01-15 11:55
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Danke Micha für deine ausführliche Antwort!
Das Coanda-Phänomen scheint der Name für die Tendenz strömender Fluide zu sein, konvexen Oberflächen folgen. In unserem Fall folgen die Luftstromlinien also der gekrümmten Schraubendreher-Oberfläche.
2021-01-15 09:23 - funmitphysik in Beitrag No. 1 schreibt:
Eine gute Erklärung erklärt auch, bei welcher Strömungsform der Coanda Effekt nicht mehr eintritt Ich würde spontan "turbulente Strömung" sagen.
Bernoulli-Effekte beruhen auf der Bernoulli-Gleichung, also dass sich bei positiver Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der dynamische Druck im Fluid negativ ändert (und umgekehrt), der Gesamtdruck aber aber konstant bleibt.
Der 2. "Zylinder" von links scheint am ehesten die Form des Schraubendrehers auf dem Foto zu haben. Er wird in der Mitte oder oberen Hälfte des Griffs angeblasen, oder?
2021-01-15 09:23 - funmitphysik in Beitrag No. 1 schreibt:
Auch eine Glühbirne kann zum Schweben gebracht werden, viele andere Gegenstände jedoch nicht ( e.g. würde ein Schraubendreher mit minimal anderer Form nicht schweben)
[...]
Was haben der Schraubendrehe und die Glühbirne von der Form her gemeinsam, wenn man ihren Schatten mit dem Diaprojektor übereinander projizieren würde? Die Projektion des Schraubendrehers (zumindest des oberen zwei Drittels) und die einer Glühbirne ist ja obenrum "rund":
Das gilt bei den 4 "Zylindern" nur für den 2., oder? 🤔
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funmitphysik
Junior
Dabei seit: 25.01.2018
Mitteilungen: 11
| Beitrag No.3, eingetragen 2021-01-15 13:21
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Ausgezeichnet erklärt, so sehe ich das auch.
Man braucht die klassische Druckdifferenz durch Bernoulli (ein Flugzeugflügel wird in der naiven Erklärung durch die unterschiedlichen Strömungswege und daraus resultierenden Unterdruck an der Oberseite nach oben gesaugt, nur vereinfacht diese Erklärung zuviel).
Dann braucht man noch eine Krümmung der die Strömung folgen kann ( Coanda Effekt) und
über einen Schraubendreher der an der Oberseite flach ist, kann man demonstrieren dass
der Coanda Effekt hier wichtig ist in zwei Rollen: Unterdruck Zone oben, Überdruck unten
Coanda Effekt sorgt dafür das die Unterdruckzone oben existiert und stabilisiert.
( eine andere Art der Erklärung spricht von "instabilem Gleichgewicht, wenn man argumentiert, dass die Strömung den Körper nach oben drückt".
Wenn Du neugierig bist googelst Du nach Graz Aerodynamische Levitation, da gibt es eine Diplomarbeit die viele solche Phänomene diskutiert. Dort ist das ganze für die Reinform des Coanda Effektes mit Tischtennisball (oder der Effet bei Fußbällen wird oft so erklärt) diskutiert, dann hat man noch einen Verständnisanker und erklärt auch wie der Ball durch die Druckdifferenz von außen nach innen eine stabile Position hält.
Das Argument das manchmal auftaucht, dass sich Gravitation und Reibungskraft das Kräftegleichgewicht halten, halte ich so mindestens für unvollständig, die Druckdifferenz ist relevant.
Coanda Effekt: Die beste Abgrenzung ist: Eine räumlich eng begrenzte Strömung fölgt einer Krümmung sehr gut
Ein breites, unbegrenztes laminares Strömungsfeld würde sich viel früher ablösen.
Quelle:
Webseite zu Coanda Effekt bei physik.cosmos-indirekt.de
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funmitphysik
Junior
Dabei seit: 25.01.2018
Mitteilungen: 11
| Beitrag No.4, eingetragen 2021-01-15 13:58
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Zusatz:
Meine Erklärung scheint noch nicht alle Fakten zu addressieren, eine Praxisdemo bei Youtube + gute Erklärung legt nahe, das auch ein zweiter der Demo Körper schweben könnte, weil er genug "Krümmung" haben könnte, damit der Coanda Effekt greift
(The physics of floating screwdrivers )
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DarkLight
Junior
Dabei seit: 21.12.2020
Mitteilungen: 18
| Beitrag No.5, vom Themenstarter, eingetragen 2021-01-15 15:00
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Danke euch! Ich denke, ich habe es jetzt 😉
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