Mario Sedlak
Wissenschaft
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Richtige Anwendung der Bernoulli-Gleichung

In diesen Fällen sind die Voraussetzungen zur Anwendung der Bernoulli-Gleichung erfüllt:

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Umso stärker man bläst, desto weniger geht das Papier aus dem Trichter.

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Strömende Luft erzeugt tatsächlich Unterdruck – aber nur relativ nahe an der Austrittsstelle.

Erklärung
  • Filter lässt sich nicht aus Trichter blasen.
Die Bernoulli-Gleichung gilt, wenn ein Medium ohne weiteren Antrieb durch eine Engstelle geht. Die Engstelle ist das Rohrstück des Trichters und auch noch danach, wenn ein Papier anliegt. In diesem Bereich stellt sich daher ein geringerer Druck ein. Der Druck unterschreitet sogar den Umgebungsluftdruck. Daher wird das Papier vom Umgebungsluftdruck in den Trichter gepresst, anstatt von der strömenden Luft heraus.
  • Ein Wasser ausstoßender Schlauch, der unter Wasser senkrecht an eine Wand gehalten wird, wird nicht von der Wand abgestoßen, sondern zur Wand hingezogen.
Die Engstelle ist die Öffnung des Schlauchs. Wenn das Wasser austritt, unterschreitet es den Umgebungsdruck, sodass ein Sog unter anderem auf den Schlauch selbst wirkt, der so groß werden kann, dass er den Rückstoßeffekt des austretenden Wassers überkompensiert.
  • Durch eine Engstelle ausströmende Luft kann Unterdruck erzeugen.
In einer Engstelle sinkt der Druck. Wenn danach die Wand fehlt, kann der Unterdruck durch Zuströmen von Umgebungsluft ausgeglichen werden. Das passiert aber nicht sofort, sondern benötigt eine gewisse Distanz. Während dieser wird auch Flüssigkeit angesaugt (und im Strom mitgerissen).
  • Zieht es durch das Haus, dann können Türen und Fenster zufallen.
Vor dem Eintritt ins Haus staut sich der Wind. Es entsteht Überdruck. Das Hausinnere entspricht der Engstelle in der Rohrströmung, für die die Bernoulli-Strömung gilt. In der Engstelle steigt die Geschwindigkeit und der Druck sinkt. Es entsteht Unterdruck, der Umgebungsluft ansaugt. Dabei werden offene Türen und Fenster in der Nähe mitgerissen.
  • Wenn schnell fahrende Züge einander begegnen, kann es merkbaren Unterdruck geben. Analog bei Schiffen oder Autos/Lkws

Die Physik ist von der Wahl des Bezugssystems unabhängig. Aus Sicht des Fahrers strömt Luft auf das Fahrzeug zu. Dabei entsteht an der Fahrzeugvorderseite Überdruck und an den Seiten Unterdruck, weil der Platz dort durch das Fahrzeug verengt ist (= Engstelle) und die Luft daher beschleunigt werden muss, damit auf engerem Raum genauso viel Luft vorbeikommen kann. Wenn sich zwei Fahrzeuge begegnen, verstärkt sich der Effekt noch.

Der Unterdruck führt zu einem Ansaugen von Umgebungsluft. Bei Fahrzeugen mit langen Seiten (wie z. B. Zügen) wird daher irgendwo der Punkt erreicht sein, wo der Druck ausgeglichen ist. Der Druckanstieg bremst die Luft. Sie kann nicht schnell genug vorbeiströmen. Daher kommt es zu Verwirbelungen. Diese wirken tw. auch wie ein Sog.

  • Wenn man nahe an der Bahnsteigkante steht, kann man zum Zug gesogen werden.
Der Unterdruck, der an den Seiten von sich bewegenden Fahrzeugen entsteht (siehe vorige Zeile), wirkt auch auf ruhende Objekte.
  • Schiffe können in seichtem Wasser auf den Grund gezogen werden.
Unterdruck entsteht auf allen Seiten eines sich bewegenden Fahrzeugs. Wenn der Unterdruck nicht durch angesaugtes Medium ausgeglichen werden kann, dann wird stattdessen das Fahrzeug angesaugt.
  • Wenn Wind über einen Hügel bläst, herrscht über der windabgewandten Seite niedrigerer Luftdruck und (folglich) höhere Windgeschwindigkeit.
Strömt ein Medium über eine Oberfläche, die sich in Strömungsrichtung krümmt, sodass das Medium gestaut (und umgelenkt) wird, dann steigt dort der Druck. Krümmt sich die Oberfläche vom Medium weg, sodass es mehr Platz zum Strömen bekommt, dann sinkt dort der Druck (Coanda-Effekt). Sofern es sich um rein passive Vorgänge handelt (ohne Pumpen oder dgl.), ist auch in diesen Fällen die Bernoulli-Gleichung anwendbar, denn die Umwandlung von Geschwindigkeit in Druck oder umgekehrt ist dann nur durch die eigene Energie des Mediums möglich.
  • Auf Gewässern entstehen durch den Wind Wellen.
Kleine Erhebungen auf der Wasseroberfläche werden verstärkt, weil an deren Spitze aufgrund der sich wegkrümmenden Oberfläche Unterdruck entsteht, und im Wellental Überdruck. Da, wo der Mittelpunkt des Krümmungsradius unter der Oberfläche liegt, entsteht Unterdruck; da, wo er darüber liegt, Überdruck. (Wenn die Oberfläche so stark gekrümmt ist, dass die strömende Luft ihr nicht mehr folgt, wird es komplizierter.)

Zusammenfassung

Weiter

Coanda-Effekt