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Magnuseffect
Der Magnus-Effekt bei einem "Topspin"-Ball

Es Magnus-Effekt ist die Bezeichnung für das physikalische Phänomen, dass die Rotation von Objekten in einer Flüssigkeit oder in Luft ihre Vorwärtsbewegung beeinflusst. Es ist ein Zusammenspiel mehrerer Effekte, einschließlich der including bernoullicWirkung und die Bildung von Grenzschichten im viskosen Medium um das bewegte Objekt. Es ist nach dem deutschen Physiker benannt Heinrich Gustav Magnus. Dies zeigte das Phänomen in 1852 experimentell untersucht und damit eine Orbitalanomalie erklärt, die sich um . dreht Kugeln habe. Es war Lord Rayleigh das in 1877 eine theoretische Erklärung entworfen, um die Flugbahn von Tennisbällen mit "Spin" zu erklären.

Erläuterung

Ein sich schnell drehendes und sich schnell linear bewegendes Objekt verursacht eine Art Wirbel von rotierender Luft um und dahinter. Auf einer Seite des Objekts bewegt sich der Wirbel in die gleiche Richtung wie der Luftstrom. Andererseits bewegen sich die Oberfläche und die daran "haftende" Luft gegen den linearen Luftstrom. Der Luftdruck wird um einen Faktor proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit niedriger als der Atmosphärendruck, und zum niedrigeren Druck hin wird eine wirksame Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung wirken. Es ähnelt dem Verhalten eines Tragflügels in einem laminaren Luftstrom.

Dies ist nicht der einzige Weg, um Magnuskraft erklären. Die Strömung an der Spitze des Balles - beim Topspin - wird abgebremst, die andere Seite wird beschleunigt, so dass die Luftstrom hinter dem Ball hat einen Aufwärtsimpuls. Das muss an dem liegen Impulserhaltungssatz durch einen Abwärtsimpuls kompensiert werden, und der Ball erfährt eine Abwärtskraft. Wo genau die Grenzschichten übergehen von laminar bis um turbulent machen und wo die Kipppunkte liegen, hängt von der Viskosität des Stoffes, aber auch des Materials und der Oberfläche des Balls. Die Grübchen auf einem Golfball, die Nähte eines Fußballs, die "Haare" auf einem Tennisball aktivieren die Grenzschicht und erzeugen Wirbel, die den Widerstand auf den verschiedenen Seiten eines sich drehenden Balls erhöhen oder verringern können.

Umgekehrter Magnus-Effekt

Bei kleineren reynolds zahlen (geringere Geschwindigkeit, kleinere Kugel oder höhere Viskosität) tritt ein "umgekehrter Magnuseffekt" auf. Wenn die Grenzschicht auf der mit der Strömung bewegten Seite laminar und die Grenzschicht auf der gegen die Strömung bewegten Seite turbulent ist, tritt eine "späte Strömungsablösung" auf, wodurch der "Nachlauf" (die das Objekt verlassende Strömung) meist umkehrt die Seite, die sich mit der Strömung dreht, was zu einer Kraft in entgegengesetzter Richtung des normalen Magnus-Effekts führt. Beide Effekte erklären die mysteriösen, aber von jedem Sportler beobachteten Bewegungen von Bällen in Sportarten wie Tennis, Volleyball, Golf, Baseball, Kricket und Fußball. Die Sportart, bei der der Effekt am wahrscheinlichsten beobachtet wird, ist Tischtennis, weil der Ball sehr klein und leicht ist. Ein erfahrener Spieler kann dem Ball eine Reihe von Spineffekten verleihen, die ein wichtiger Bestandteil des Sports sind. Die Tischtennisschläger haben eine obere Gummischicht, die dem Ball einen maximalen Spin-Effekt verleihen kann. Magnus beschrieb den Effekt 1853, aber laut James Gleick[1] war es Isaac Newton der vor 180 Jahren Theorien über das Drehen von Bällen aufgestellt hatte, nachdem er Tennisspieler an seiner Universität in Cambridge entdeckt hatte.

Siehe auch