Coanda- und Magnuseffekt

Henri Coanda beobachtete 1910 an einem von ihm gebauten Flugzeug, daß die heißen Verbrennungsgase, mit denen er das Flugzeug antreiben wollte und die aus mit einem Kompressor gespeisten Düsen, heute mit Nachbrenner bezeichnet, kamen, sich an die Seitenkontur des Rumpfes anlegten anstelle schräg dazu Abstand zu gewinnen. Das Flugzeug brannte ab. Dieses Anlegen von Strömungen an zurückweichende Konturen wird seit dem nach ihm benannt. Aber, selbst zu seiner Zeit waren schon Diffusoren bekannt, in denen das Anhaften von Fluiden bei Querschnittsvergrößerungen, also an zurück weichenden Wänden, bekannt war. Das wird dort jedoch erwartet und tritt ja auch ein. Worüber wunderte sich Coanda eigentlich, er war Physiker und hat das gewußt!

Der Coandaeffekt ist kein physikalischer Effekt wie z. B. der Bernoullieffekt. Der Bernoullieffekt beinhält ein physikalisches Prinzip, nämlich die Erhaltung der Summe der Energien in Strömungen zwischen, populär, d. h. verständlich, gesagt, Druck und Geschwindigkeit. Dieses kann sauber berechnet werden.
Der Coandaeffekt ist jedoch kein eigenes Geschehen der Natur, sondern nur die Folge von anderen Vorgängen, die hier dargestellt werden. Das Fehlen einer eigenen Ursache-Wirk-Beziehung mit der daraus folgernder Unberechenbarkeit hätte es eigentlich nicht erlaubt, dem einen Namen zu geben. Er bezeichnet letztlich nur Coanda's Verwunderung, die eigentlich unangebracht ist, da der Vorgang in jedem Diffusor abläuft, wo man dem ja auch keinen Namen gegeben hat.

Dann gibt es noch den Magnuseffekt. Er hat ähnliche physikalische Mängel, die keine Berechenbarkeiten zulassen. Für den Magnuseffekt ist der Coandaeffekt der Vorläufer. Die Erklärung des Magnuseffektes ist von mir in dieser Page in 2008 gegeben worden, wird von der Bernoullitheorie-Community aber abgelehnt und dementsprechend ignoriert bis bekämpft, siehe die Erklärung des Magnuseffektes in WIKIPEDIA (4.2.2020).

Technisch sollte der Coandaeffekt Schiffe antreiben können, die Erfolge waren gering. Für das Fliegen wurde der Coandaeffekt von David Anderson (Understanding Flight) aufgegriffen, die Luft über dem gewölbten Tragflügel würde dadurch nach unten gezogen. Beim Fußballsport führt der Coandaeffekt dazu, daß ein sich drehender Ball eine Kurve seitlich zur Drehachse macht und beim Tennis Bälle je nach Drehrichtungen zusätzliche Bahnkrümmungen  vollführen.

Daß sich drehende Körper, wenn sie sich durch ein Fluid bewegen bzw. sich in einem Strom eines Fluids befinden, eine zur Bewegung des Fluids oder der eigenen Bewegung im Fluid seitliche Kraft erhalten, entsteht aus folgendem Vorgang.

Zunächst ein Ball ohne Drehung.

Der Ball bewegt sich in der Luft nach rechts. Die Luft bewegt sich dabei nicht! Die absoluten Luftbewegungen (ortsfest gegenüber dem Erdboden) werden von den kleinen Pfeilen dargestellt. Vor dem Ball wird Luft weg gedrückt, hinter ihm nachgesogen. Worauf es nun ankommt, ist, daß Luft von der Seite heran gesogen wird. Das geschieht jedoch nur in einem gewissen Bereich, der folgend nocn beschrieben wird. Hinter dem größten Durchmesser des Balles im Bereich des noch Anliegens von Luft entsteht ein Unterdruck.Diese Unterdrücke sind auf beiden Seiten gleich groß, so daß der Ball geradeaus fliegt.
Die Wirbel, die sich hinter dem Ball zeigen, haben mit dem Magnuseffekt nichts zu tun, führen aber bei hohen Geschwindigkeiten des Balles dazu, daß er auf seiner Bahn Zick-Zack-Linien beschreibt.

Nun die Flugbahn mit Drehung des Balles.

Die Drehung des Balles führt dazu, daß an seiner Oberseite der Bereich des Haftenbleibens von Luft (in der Sprache von Aerodynamikern der Bereich des Anliegens der Strömung) auf der Seite, die sich gegen dessen Bewegung nach hinten dreht, länger wird. Damit wird der Bereich des Unterdruckes und in Folge die Sogkraft zu dieser Seite größer. An der Gegenseite geschieht das Entgegengesetzte, die Luft löst sich schon früher von der Oberseite des Balles ab, der Bereich des Unterdruckes wird kleiner, reicht dann sogar bis vor den größten Durchmesser des Balles, so daß dort sogar noch Druck wirkt und sich zur Sogkraft addiert. Damit entsteht an den Seiten eine Ungleichheit der Kräfte, der Ball wird im Bild nach oben gezogen, er fliegt eine Kurve.

Die Bereiche des Anhaftens von Luft (Coandaeffekt) werden von der Grenzschicht bestimmt. Je dicker und turbulenter sie wird, was hauptsächlich von ihrer Länge in Strömungs-/Bewegungsrichtung und der Rauhigkeit der Oberfläche abhängt. Die Grenzschicht an der zurückgehenden Seite des Balles wird durch das Mitgehen der Oberfläche des Balles erst viel später so dick, daß sich die Luft von der Oberfläche trennt. Würde man die Oberseite von Flugzeugflügeln mit einer Rollplane bestücken, die dauernd nach hinten läuft, so würde der "Strömungsabriß" erst bei sehr viel größeren Anstellwinkeln eintreten, ein Flugzeug könnte dadurch viel langsamer fliegen. An der im Bild unteren Seite des Balles wird die Grenzschicht durch von hinten nach vorn transportierter an der Balloberfläche anhaftender Luft zusätzlich dicker gemacht, so daß sich die Luft schon weiter vorn ven der Oberfläche des Balles abtrennt. Das kann sogar bis vor den größten Durchmesser des Balles reichen, so daß dort Überdruck entsteht, der sich zum Sog zur Seite hinzu addiert. All das sind rein mechanische Vorgänge, die keiner besonderer Effekte bedürfen, trotzdem aber kaum berechnet werden können.

Coandaeffekt und Magnuseffekt sind lediglich Begriffe für unverständliche Beobachtungen und keine Naturvorgänge, die aus Ursache und Wirkung bestehen, was für Berechenbarkeiten Voraussetzungen wären.
Auf Schiffen wurden schon riesige senkrechte Zylinder in Rotation versetzt. Sie liefern bei Wind aber keine ausreichenden Querkräfte. Außerdem wären sie bei Sturm nicht einziehbar, also eher gefährlich. Rotierende waagerechte Zylinder als Ersatz für Tragflächen an Flugzeugen sind reine Spinnerei. Außerdem: Praktibalität ist das oberste Gebot für erfolgreiche Technik.

Was bleibt für das Vertändnis im Alltag?
Alle sich drehenden Körper mit wie auch immer gestalteten Formen (rund, eckig, zerfasert) machen, wie mir jemand, der es getestet hat, mitteilte, bei ihrer Bewegung durch die Luft eine Kurve in die Richtung, an der sich deren Oberflächen nach hinten drehen. Das ist der physikalisch hohle Begriff "Magnuseffekt", der nun einmal in der Welt ist.

Wasser aus einer Regenrinne heftet sich bei Berührung an die Seitenwand des Fallrohres an wie der Fallstrahl aus dem Wasserhahn an eine horizontal gehaltene Flasche, siehe Skizze, und verläßt beides nur sehr widerwillig. Warum widerwillig? Weil Wasser mit seiner schwereren Dichte länger verhindert, daß Luft dazwischen eindringt, was erst zum Ablösen des Wasserstrahls führt. Im Spiel mit Wasser ist der Begriff Coandaeffekt eher angebracht, da das schon sehr erstaunlich wirkt. Für Luft in Luft ist er unnütz.  

 

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