Strömungswiderstand

dos · Anmeldungsdatum: 23.08.2006 Beiträge: 22

Hi,

ich lese gerade Bücher zur Strömungsmechanik, da ich meine Facharbeit über die Physik des Baseballs schreibe.

Habe jetzt folgendes Problem und hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.

Das Problem ( Zunge raus

) (Sry für das scheiß Deutsch, ich muss ausm Englischen übersetzen):
Bei einem Ball, der mit weniger als 50 mph durch die Luft fliegt ist der Luftfluss ruhig, wohingegen der Luftfluss turbulent ist für Geschwindigkeiten über 200 mph. Weil sich beim Baseball der Ball mit Geschwindigkeiten zwischen 50 mph und 120 mph bewegt, kann der Luftfluss (airflow) entweder ruhig oder turbulent sein, abhängig von seiner Oberfläche.

Jetzt zum interessanten Teil: Wie beim Baseball hat auch der Golfball eine raue Oberfläche (Dimples), damit der Ball weiter fliegen kann. Jetzt steht hier im Buch irgendwie, dass bei rauen Oberflächen ein turbulenter Luftfluss entsteht. Der wiederum (der turbulente Luftfluss) hat zur Folge, dass der Luftwiderstand geringer wird. Stimmt das?

Die Textquelle dazu ist: "At the velocities of 50 to 120 mph dominant in baseball, the air passes over a smooth ball the size of a baseball in a smooth high-resistance flow; turbulence is not induced until velocities approach 200 mph. However, a real baseball, roughened by its raised-stitch patterns, induces low-resistance turbulent flow at baseball velocities. Consequently, if the baseball were quite smooth rather than laced with protuberant stitches, as is the case, it could not be thrown or batted nearly as far as it in fact is - a stitched baseball batted 400 feet would travel only about 350 feet, if the ball were very smooth. This effect is dramatic in golf; the air resistance from the smooth flow about a smooth ball is so great that the ball goes nowhere. The ball is therefore artificially roughened by the dimples impressed in the covering to induce turbulence and reduce air resistance.

Kann mir einer auch den Grund dafür nennen?

Hier ist eine mögliche Erklärung, die ich aber auch nicht verstehe: By and large, turbulence will be induced at lower velocities by roughness in the surface, and held off to higher velocities if the surface is very smooth.

Was ist mit niedrigen Geschwindigkeiten und glatter Oberfläche? Was ist mit hohen Geschwindigkeiten und rauer Oberfläche?

Surprisingly, at a given velocity the air resistance is less for turbulent flow than for smooth flow. It seems that at low velocities the ball, with its boundary layer of still air, is effectively larger than it is at higher velocities with the boundary layer blown off and thus the higher-velocity ball moves a smaller column of air.

Ich verstehe ja, dass ein Ball mit niedriger Geschwindigkeit größer ist (wegen der Schicht aus ruhiger Luft) und der Luftwiderstand deswegen größer ist. Aber wie ist der (gibt es überhaupt einen?) Zusammenhang zur Oberflächenbeschaffenheit?

Ich hoffe ihr könnt mir antworten, wäre super nett =)

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die englischen Quellen, die du dazu gefunden hast, sind prima smile

Hilft es dir, sie noch ein bisschen genauer zu lesen und besser zu verstehen, wenn ich dir die folgenden Tipps gebe?

Der interessanteste Punkt, den sie erklären, ist der Vergleich zwischen einem Ball mit rauer Oberfläche und turbulenter Strömung und einem Ball mit glatter Oberfläche und laminarer Strömung, wenn beide Bälle dieselbe Geschwindigkeit haben.

Denn da hat der raue Ball mit turbulenter Strömung überraschenderweise einen kleineren Luftwiderstand als der glatte Ball mit laminarer Strömung, (weil, wie die Quelle als Erklärungsansatz anbietet, ersterer eine dünnere ruhende Luftschicht um sich zu haben scheint und damit eine dünnere Luftröhre bewegt).

dos · Anmeldungsdatum: 23.08.2006 Beiträge: 22

Danke schonmal! Die Frage, die ich mir jetzt nur stelle ist, warum ein Ball mit rauer Oberfläche eine dünnere Luftschicht um sich herum hat. Weil normalerweise ist es so, wie auch im Buch an anderer Stelle beschrieben, dass sich diese Luftschicht mit zunehmender Geschwindigkeit verringert und bei 200 mph komplett wegfällt.

Mit Luftröhre meinst du denke ich mal den "Trichter" aus Luft, der hinter dem Ball entsteht und der sozusagen aus der Luft dieser windstillen Luftschicht entsteht - wenn ich das jetzt richtig verstanden habe. Verständlich ist auch, dass diese Luftröhre dünner bei einer rauen Oberfläche und turbulenten Strömung ist als bei einer glatten Oberfläche und einer laminaren Strömung. Aber wie verhält es sich mit einer rauen Oberfläche und laminarer Strömung und einer glatten Oberfläche und turbulenten Strömung? Oder ist dies erst garnicht möglich, da die Oberflächenstruktur die Strömung beeinflußt?

Die Frage ist dann aber immer noch, wieso die Luftschicht bei turbulenter Strömung und rauer Oberfläche dünner ist.

Danke schonmal für die Antwort.

//Edit: Oh, jetzt seh ich das gerade selber, dass ich selber geschrieben habe: Raue Oberflächen induzieren sozusagen turbulente Strömung.

//Edit: Könnte es sein, dass die durch die raue Oberfläche induzierte turbulente Luftströmung die ruhende Luftschicht (boundary layer) eben durch die Turbulenz verringert? Also dass sich diese eben leichter löst und somit in diesem Luftkanal endet bzw. diesen hervorruft?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788