Physik für Flugobjekte

Das Gesetz der Schwerkraft

Hierbei machen wir uns Gedanken warum Gegenstände auf dem Boden fallen und überlegen Möglichkeiten damit Gegensände in der Luft schweben können. D.h. ein Gegenstand würde nicht mehr auf dem Boden fallen.

Es heißt über unsere Zeit: Ewige Naturgesetze entdeckt der Mensch aufs Neue. Die Schwere der Körper lernt er aufzuheben durch weise Anordnung.

Das Gestetz der Schwerkraft

Auf dieser Seite befassen wir uns mit den Naturgesetzen von Schwerkraft und Schwerlosigkeit, Gravitation und Gleichgewicht. Wir schauen uns an, welche physikalischen Gesetze in der Luft und im Wasser für alle Erdbewohner gelten.

Wir untersuchen, wie Insekten, Vögel, Hubschrauber und Flugzeuge fliegen und sich in der luft halten. Wir machen uns Gedanken zu den Welt von Morgen: Fliegende Autos, Drohnen oder … Ufos? Werden die Menschen sich wie Ironman mit einem Anzug, mit Spezialschuhen oder mit fliegenden Skateboards in der Luft bewegen können?

Kräfte

Eine Kraft ist durch Angriffspunkt, Größe und Richtung bestimmt. Sie wird durch eine Pfeilstrecke dargestellt. Durch die Länge der Pfeilstrecke kann mit Hilfe eines Kräftemaßstabes die Größe der Kraft angegeben werden. Die Richtung des Pfeiles entspricht der Wirkungsrichtung der Kraft.

Kräfte, die in gleicher Richtung wirken, werden zur Ermittlung der Ersatzkraft (Resultierende) zusammengezählt und die, die in entgegengesetzter Richtung wirken, werden voneinander abgezogen.

Greifen zwei Kräfte in verschiedenen Richtungen an, so bestimmt man die Ersatzkraft mit Hilfe des Kräfteparallelogramms.

Jede Kraft kann bei bekannten Wirkungslinien in Teilkräfte zerlegt werden.

Gewichtskraft ist eine Kraft, mit der ein Körper aufgrund seiner Masse auf eine Unterlage drückt oder an einer Aufhängung zieht.

Gravitationskraft

• • • • Gravitation = Massenziehung, d.h. die Kraft, die zwei oder mehrere Körper allein aufgrund ihrer Massen aufeinander ausüben.

• • • • Die Gravitation der Erde bezeichnet man auch als Schwerkraft. Sie ist die Ursache der Gewichtskraft eines Körpers!

Newtonsches Gravitationsgesetz

Das newtonsche Gravitationsgesetz ist ein physikalisches Gesetz der klassischen Physik, nach dem jeder Massenpunkt auf jeden anderen Massenpunkt mit einer anziehenden Gravitationskraft einwirkt. Diese Gravitationskraft ist entlang der Verbindungslinie beider Massenpunkte gerichtet sowie in ihrer Stärke proportional zum Produkt der beiden Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstandes.

Das newtonsche Gravitationsgesetz ist eines der grundlegenden Gesetze der klassischen Physik. Es wurde von Isaac Newton in seinem 1687 erschienenen Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica aufgestellt. Damit gelang Newton im Rahmen der von ihm zugleich begründeten klassischen Mechanik die erste gemeinsame Erklärung für die Schwerkraft auf der Erde, für den Mondumlauf um die Erde und für die Planetenbewegung um die Sonne.

Die newtonsche Gravitationstheorie erklärt diese und weitere mit der Gravitation zusammenhängenden Phänomene wie die Gezeiten auf der Erde und Bahnstörungen des Mondes und der Planeten mit großer Genauigkeit. Verbleibende Unstimmigkeiten wurden erst Anfang des 20. Jahrhunderts durch die von Albert Einstein entwickelte allgemeine Relativitätstheorie geklärt.

Weltweit erste Drohne in Vogelform – Spionage-Vogel sorgt für Aufsehen

Drohnen in jedweder Form werden schon seit geraumer Zeit zu unterschiedlichsten Zwecken genutzt. Einer dieser Zwecke ist die Spionage. Auch wenn es bei dieser Spionage oft nur um Einblicke in Nachbars Garten geht, sind die Entwickler dieser Drohnen immer erfinderischer. Jetzt hat man eine mini Drohne entwickelt, die in Form eines Vogels daherkommt. Wie ein Kolibri erscheint die Drohne in ihrem Flugverhalten und ihrer Optik. Ausgestattet mit einer Kamera kann sie die während des Fluges erspähten Dinge an einen Empfänger senden, wo sie auf einem Bildschirm wiedergeben werden. Entwickelt wurde der Spionage Kolibri von der kalifornischen Firma AeroVironment. Diese hat auch bereits die größten und längstem unbemannten Flugzeugsysteme, die sogenannten GlobalObserver entwickelt. Die neu entwickelte Drohne in Vogel-Form wird von dem Unternehmen als Nano Hummingbird bezeichnet. Schon seit einziger Zeit erregen gerade die kleinen Drohnen, die auch im Privatbereich eingesetzt werden, können die Öffentlichkeit. Wir berichten bereits darüber, dass Datenschützer werden der privat Drohnen Alarm schlagen.

Trotz geringen Gewichts sind alle notwendigen Systeme integriert

Die Drohnen in Vogelform messen eine Flügelspannweite von in etwa 16 Zentimeter und wiegen trotz ihrer Ausstattung nur 19 Gramm. Dem Entwickler Team ist es gelungen, trotz der kompakten Abmessungen und des geringen Gewichts, alle notwendigen technischen Systeme in den Spionage Vogel zu integrieren. Zu diesen Systeme gehören die Batterie, der Motor, eine Videokamera und ein Kommunikationssystem. Wenn ein solches System auf den Markt kommen sollte, werden sicherlich erneut viele Datenschützer aufschreien. Zumal das Design des Spionage Vogels so gehalten wurde, dass es nicht direkt als Drohne ausgemacht werden kann. Sicherlich sind diese Drohnen in keinster Weise mit den Drohnen zu vergleichen, die von Google geordnet wurden.

Gute Flugeigenschaften zeichnen die Drohne in Vogel-Form aus

Die Vogel Drohne ist in der Lage senkrecht zu starten und zu landen. Ebenso ist sowohl der vorwärts Flug als auch der rückwärts Flug möglich. Selbst ein Looping stellt für die Nano Hummingbird Drohne kein Problem dar. Alle Funktionen werden per Fernsteuerung bedient. Zudem stellt der Transport der Videokamera keine Probleme, für das Flugverhalten der Vogel Drohne dar. Entwickelt wurde das Kolibri ähnliche Flugobjekt für das NAV (Nano Air Vehicle) Programm der DARPA. Die von der DARPA vorgegebenen Aufgaben wurden zum Teil vom Nano Hummingbird sogar übertroffen. Bleibt abzuwarten, welche Zeit mit dem Nano Hummingbird in Zukunft verfolgt werden und ob eine solche Drohne in Vogelform, auch auf dem Markt erscheinen wird. Solche Neuentwicklungen zeigen immer wieder, dass das Thema Privatsphäre, scheinbar nicht mehr existiert.

Magnetschwebebahnen – Supraleiter drücken aufs Gas

Einmal beschleunigt, hindert eine Magnetschwebebahn nur noch der Luftwiderstand daran, ewig zu gleiten.

Supraleiter sind Materialien, durch die elektrischer Strom verlustfrei ohne Widerstand fließt. Allerdings tritt dieser Effekt meist nur bei sehr tiefen Temperaturen auf. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts lag der Temperaturrekord für Supraleiter bei minus 135 Grad Celsius, gehalten von einer Substanz namens Quecksilber-Barium-Calcium–Kupferoxid. Die Entdeckung von Supraleitern, die auch bei Raumtemperatur funktionieren, hat nicht nur den Stromtransport in Überlandleitungen revolutioniert, sondern auch zu einer Renaissance eines klassischen Verkehrsmittel geführt: der Magnetschwebebahn.

Zwar existieren erste Versuchsfahrzeuge bereits um das Jahr 1970, allerdings verschlang das magnetische Anheben der Fahrzeuge damals enorm viel Energie. Die neuen Supraleiter haben das geändert: Alle denkbaren Fahrzeuge, zum Beispiel auch Skateboards für Kinder, schweben jetzt ohne Energieaufwand über Fahrbahnen aus Permanentmagneten. Einmal beschleunigt, hindert eine Magnetschwebebahn nur noch der Luftwiderstand daran, ewig zu gleiten. Transportröhren, in denen ein Vakuum herrscht, könnten auch diesen Bremseffekt beseitigen und Geschwindigkeiten bis zu 6000 Stundenkilometern ermöglichen. Experten sehen daher in der Kombination von Magnetschwebebahn und Hyperloop noch Entwicklungspotenzial.

Hyperloops – Schweben in der Röhre

Hyperschnelle Transportkapseln: Hyperloops bringen Passagiere in 50 Minuten von Paris nach Berlin.

Im Prinzip ist es das Nichts, das die Hyperloops so erfolgreich macht. Die zigarrenförmigen Transportkapseln sind in einer fast luftleeren Röhre unterwegs und schweben gleichzeitig auf einem millimeterdünnen Luftkissen, so dass sie an keiner Stelle die Innenwände berühren. Durch die stark verringerte Reibung im Teilvakuum benötigt das Verkehrsmittel wenig Energiezufuhr: Die elektromagnetischen Linearmotoren laufen auf weniger als einem Prozent der Wegstrecke und beschleunigen die Kapseln dennoch auf 1200 km/h. Die rund 900 Kilometer von Paris nach Berlin schaffen sie in rund 50 Minuten.

Die Kapseln sind 135 cm breit, 110 cm hoch und bieten Platz für 28 Passagiere. Im Minutentakt werden sie auf die Reise geschickt. Der altmodische Name >>Hyperloop<< geht übrigens auf ein Konzept des Amerikaners Elon Musk zurück. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts hatte der Milliardär die ersten privaten Raumflüge organisiert und ein batteriebetriebenes, noch von Hand gesteuertes Automobil namens „Tesla“ entwickelt. Auch die weltweit älteste Hyperloopstrecke zwischen San Francisco und Los Angeles war seine Idee: Weil sich Musk über die Baukosten und den Energieverbrauch einer geplanten Hochgeschwindigkeit-Eisenbahnstrecke ärgerte, förderte er die neue Technik.

Ab in die Luft: Google-Mitgründer Larry Page investiert in fliegende Autos

Fliegende Autos , wie der Prototyp TF-X des Herstellers Terrafugia könnten in Zukunft tatsächlich gebaut werden.

Laut einem US-Medienbericht hat Google-Mitgründer Larry Page über 100 Millionen Dollar in eine Firma investiert, die fliegende Autos bauen könnte. Tatsächlich verfolgen mehrere Anbieter dieses Konzept.

Google-Mitgründer Larry Page verfolgt allem Anschein nach den Traum vom Fliegen – allerdings mit einem Auto. Wie das US-Magazin „Bloomberg Businessweek“ unter Berufung auf einem Insider berichtet, soll Page über 100 Millionen Dollar in eine Firma namens Zee.Aero investiert haben. Das Unternehmen aus dem Silicon Valley arbeite derzeit an einem zweisitzigen Prototyp, der als Auto und Fluggerät zugleich taugen soll. Zum Team von Zee.Aero sollen ehemalige Mitarbeiter der NASA und des US-Flugzeugherstellers Boeing gehören.

Wenn Autos fliegen lernen

Wie „Bloomberg Businessweek“ weiter berichtet, soll das Privat-Investment nicht das erste dieser Art von Larry Page gewesen sein. Bereits in der Vergangenheit habe der Google-Mitgründer in das Unternehmen Kitty Hawk investiert, das ebenfalls den Traum vom fliegenden Auto verwirklichen möchte. Auch der Chefentwickler von Googles erstem selbstfahrenden Auto, Sebastian Thrun, soll bereits mit Kitty Hawk in Verbindung gebracht worden sein.

Weltweit versuchen derzeit mehrere Unternehmen, fliegenden Autos zur Serienreife zu bringen und die Zulassungsvoraussetzungen der Behörden zu erfüllen. Besonders das US-Unternehmen Terrafugia hat im vergangenen Jahr mit dem Prototyp TF-X für viel Aufsehen gesorgt.