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Der Magnus-Effekt: Die Physik hinter dem Biegen wie Beckham

Der Magnus-Effekt: Die Physik hinter dem Biegen wie Beckham


Haben Sie sich jemals gefragt, wie Fußballspieler den Ball so biegen können wie sie? Vielleicht haben Sie bemerkt, wie andere sich drehende feste Objekte sich beim Fallen magisch seitwärts bewegen? Warum ist das? Auf das Wunder des Magnus-Effekts kommt es an.

In diesem Artikel sehen wir uns kurz an, was es ist und wie Sie es in Aktion sehen können. Wir zeigen Ihnen auch einige coole Anwendungen des Effekts in der Technologie.

Auf geht's.

Also, was ist es?

Entgegen der landläufigen Meinung ist der Magnus-Effekt nicht nach dem isländischen Journalisten und ehemaligen Mastermind-Moderator Magnus Magnusson benannt. Ok, das habe ich erfunden, es ist natürlich nach dem deutschen Physiker und Chemiker H.G. Magnus benannt.

Im Jahr 1853 beschloss Magnus, den seltsamen Effekt der Projektilablenkung von Schusswaffen wie Kanonen mit glatter Bohrung experimentell zu untersuchen. Typischerweise in der Wissenschaft war er nicht der erste, der es beschrieb. Isaac Newton folgerte 1672 den Effekt korrekt, nachdem er Tennisspieler in Cambridge beobachtet hatte.

In ähnlicher Weise gelang es Benjamin Robins, einem britischen Mathematiker, Ballistikforscher und Militäringenieur, Abweichungen in der Flugbahn von Musketenbällen zu erklären.

Abgesehen von der Kontroverse haben all diese prominenten Wissenschaftler, nicht Magnus Magnusson, herausgefunden, was genau los war. Der Magnus-Effekt ist eine Erzeugung einer seitlichen oder senkrechten Kraft auf ein sich drehendes zylindrisches oder kugelförmiges Objekt, das in eine Flüssigkeit (Gas oder Flüssigkeit) eingetaucht ist.

Dies gilt nur, wenn zwischen dem sich drehenden Objekt und der Flüssigkeit eine Relativbewegung besteht. Sie werden es in Aktion sehen, wenn Sie Fußballspiele oder Tennisspieler beim Aufschlag beobachten.

Wenn sich das sich drehende Objekt durch eine Flüssigkeit bewegt, verlässt es einen geraden Pfad oder weicht von diesem ab. Druck- und Luftströmungsunterschiede entstehen, wenn das Objekt die Flüssigkeit passiert, aufgrund der Geschwindigkeitsänderungen, die das sich drehende Objekt induziert.

Der Magnus-Effekt ist in der Tat ein Sonderfall des Bernoulli-Prinzips, der besagt, dass "eine Erhöhung der Geschwindigkeit einer Flüssigkeit gleichzeitig mit einer Abnahme des Drucks oder einer Abnahme der potentiellen Energie der Flüssigkeit auftritt".

VERBINDUNG: BEACHTEN SIE DEN MAGNUS-EFFEKT, WENN JUGENDLICHE EINEN ZORB-BALL VON 165 CMS TROPFEN

Schauen wir uns ein Beispiel an

Nehmen wir das Beispiel eines Balls, der sich durch die Luft dreht. Der Ball "zieht" einen Teil der Luft um sich herum, während er sich dreht. Aus der Sicht des Balls strömt Luft von allen Seiten vorbei. Der Spin der Vorderseite des Balls, der sich in den Luftstrom dreht, "zieht" Luft in Richtung Spin.

Luft, die sich gegen die Drehrichtung bewegt, wird erwartungsgemäß vom Ball getrennt. Das Nettoergebnis bedeutet, dass Luft in die Drehrichtung gezogen wird, wobei der Ball in die entgegengesetzte Richtung "gedrückt" wird. Dies ist normalerweise senkrecht zum Pfad des sich drehenden Objekts.

Dies führt dazu, dass das Objekt in einem wahrnehmbaren Bogen vom erwarteten Pfad abweicht. Das folgende Video von Veritasium zeigt diesen Effekt in seiner ganzen Pracht.

Coole Beispiele und Anwendungen des Magnus-Effekts aus der Praxis

Sie können den Magnus-Effekt überall um uns herum sehen, er erregt oder stört uns oft (na ja, wenn Sie ein Sportfan sind). Es hat geholfen, den Sieg durch Niederlage in den letzten Minuten der Ballspiele zu erringen oder vielleicht sogar das Leben Ihres Vorfahren auf dem Schlachtfeld in der Vergangenheit gerettet. Oder natürlich umgekehrt. Seine Auswirkungen haben auch einige wirklich ehrgeizige Projekte ausgelöst, die fantastische Verbesserungen der Kraftstoffeffizienz oder neue Transportmittel ermöglichen könnten.

Werfen wir einen kurzen Blick auf einige davon.

Flettner Rotor Schiffe

Diese fantastischen Schiffe ähneln etwas, das ein Kind aus Schiffsmodellbausätzen und Strohhalmen zusammenschustern könnte, und verwenden große vertikal rotierende Zylinder, um eine potenzielle Antriebsmethode für Seeschiffe bereitzustellen. Diese Schiffe, die zuerst vom deutschen Ingenieur Anton Flettner gebaut wurden, verwenden rotorsiebgetriebene Rotorsegel, um den Effekt zu nutzen.

Flettner setzte seine Technologie ein, um das erste Magnus-Effekt-Antriebsschiff, die Buckau, zu bauen. Das Schiff sah ein bisschen seltsam aus, aber es war eine fantastische "außerhalb der Box" -Anwendung der Theorie. Die Enercon GmbH nutzt dies heute auf ihrem E1-Schiff.

Die Buckau, das Flettner-Rotorschiff, wurde 1924 fotografiert [Bildquelle: Wikimedia Creative Commons]

Flugzeuge - Rotorflügel

Anwendungen sind nicht nur auf hoher See möglich. Erfinder haben versucht, dies auch bei Flugmaschinen zu nutzen.

Ingenieure haben versucht zu prüfen, ob von den rotierenden Zylindern an den Vorderkanten der Flügel Auftrieb erzeugt werden kann. Theoretisch würde dies einen Flug mit niedrigeren Horizontalgeschwindigkeiten ermöglichen. Einer der frühesten Versuche, dies zu tun, war 1910 von Butler Ames. Ames war ein US-Kongressabgeordneter, der ein Flugzeug baute, das schwerer als Luft war.

Heute ist das iCar 101 Ultimate ein vorgeschlagenes Projekt, bei dem Flettner-Rotoren in einem straßentauglichen Flugzeugdesign verwendet werden, um Kompaktheit und erhöhtes Auftriebspotential zu kombinieren. Das ist ziemlich cool.

Die Plymouth A-A-2004, Flettner Rotorflugzeuge[Bildquelle: Wikimedia Creative Commons]

Mach es wie Beckham

Der Magnus-Effekt erklärt die allgemeinen Beobachtungen im Ballsport. Dies bietet normalerweise fantastisch wirkende Tricks, Schüsse oder Kurvenbälle, die in Sportballtrajektorien zu sehen sind. Sie werden es im Fußball am dramatischsten bemerken. Gute Beispiele wären Tore oder Freistöße von Ronaldo oder natürlich David Beckham.

Interessanterweise gab es 2010 während der FIFA-Weltmeisterschaft eine Kontroverse. Der Magnus-Effekt sorgte während dieses Turniers für Kritik am Matchball. Das Argument besagt, dass die Bälle weniger Ausweichkontrolle hatten, aber weiter flogen.

Pitcher im Baseball nutzen dieses Phänomen oft auch aus. Während sie werfen, verleihen sie dem Ball unterschiedliche Drehungen, was dazu führt, dass er sich in die gewünschte Richtung krümmt. Major League Baseball verwendet das PITCHf / x-System, um die Änderung dieser Flugbahnen ständig zu messen.

Projektilwaffen

Jede sich drehende Kugel ist auch während des Fluges diesem Effekt ausgeliefert. Obwohl der Magnus-Effekt im Vergleich zu Schwerkraft, Seitenwind oder Luftwiderstand weniger bedeutend ist, spielt er dennoch eine Rolle. Selbst an einem völlig ruhigen Tag leidet das Projektil unter kleinen seitlichen Windkomponenten, die die Geschossnase leicht aus der Fahrtrichtung neigen. Die Kugel "rutscht" effektiv durch die Luft. Dieses Gieren erzeugt Magnus-Effekt-Kräfte, die die vertikale Flugbahn des Geschosses beeinflussen und dessen beabsichtigten endgültigen Lande- / Aufprallpunkt ändern.

Quellen:Britannica


Schau das Video: Magnus effect, Spinning Cylinder Wing Rotor Wing マグナス効果 回転円筒翼