Fliegen für die Schule

Fliegen ist nach nunmehr über einhundert Jahren Flugtechnik physikalisch immer noch ein Wunder. Sein Geheimnis liegt noch in tiefstem Dunkel, weshalb verständliche Erklärungen für Grundschulen bis Universitäten nicht möglich sind sondern nur ein Umgang mit der Technik für Flugzeuge. Das Fliegen an sich für Flugzeuge, Vögel wie Kolibries, Insekten oder gar der schweren Hummel kann die Schule nicht erklären.
Genau so wenig, wie ein Soldat im Schützengraben keine Schlacht in ihrem Ablauf überblicken kann, kann ein Techniker oder auch Physiker vor dem Windkanal beim Blick in ihn hinein das obere qspezifische des Fliegens erkennen. Es reicht dabei nicht, nur gewisse örtliche Erscheinungen, also nur Details des Ganzen, an Flugzeugtragflügeln zu interpretieren, andere Objekte fliegen auch, ohne es so zu machen, wie es ein Flugzeug tut.
Die Natur ist in ihrem Funktionismus geordnet. Es gibt viele untere Abläufe, die von wenigen oberen Prinzipien gelenkt werden. Das Endziel der Wissenschaft ist ja, das nur eine alles bestimmende Weltprinzip zu finden, von dem sich alles andere ableitet. Daß es dieses gibt, ist als sicher anzunehmen. Das Welt-Funktions-Gebäude ist also von unten nach oben so strukturiert, daß sich Geschehnisse nach oben hin zu gemeinsamen Prinzipien hin zentrieren bis zum letzten einzigen. Das gilt selbstverständlich auch für das Fliegen: alle Objekte schwerer als Luft, die fliegen können, müssen das nach einem einzigen gemeinsam geltenden Oberprinzip tun. Dieses ist die gesuchte physikalische Grund-Erklärung des Fliegens. Alle Flugtheorien, die nicht gleichlautend alle Flugobjekte (Flugzeug bis Hummel, Unter- bis überschallflug) umfassen, sind definitiv falsch.

Der Pfad zur Enträtselung des Fliegens wie aller anderer Naturgeschehnisse auch wird durch Johann Wolfgang von Goethe vorgezeichnet: `Zur Einsicht in den geringsten Teil ist die übersicht über das Ganze nötig´. Was ist `das Ganze´ beim Fliegen?
Das Ganze ist, daß die Kugel Erde im Weltraum eine Lufthülle besitzt, in der Objekte etwas bewerkstelligen müssen, um nicht durch die Gravitationswirkung der Erde auf ihre Oberfläche hinab zu fallen. Wäre keine Lufthülle da, wäre ein Hinabfallen nur nach dem Raketenprinzip zu verhindern: sich mittels permanent ausstoßender Masse durch deren Rückstoßkraft oben zu halten. Das ist das Prinzip Newtonscher Kraft. Dieses Newtonsche Kraftprinzip ist für alle Kräfte, alle Kinetiken (schulich Dynamiken genannt. "Dynamik" ist griechisch und heißt Kraft, womit also eine "kraftliche" Kraft entstehen solle, ist Unsinn. Eine exakte Wissenschaft setzt auch ein exakte Terminologie voraus.) Ausnahmen für Kräfte es nicht, damit würde die Newtonsche Physik verlassen. Wenn es eine Luftkraft gibt, dann muß sie zwingend ein Newtonsche sein. Einen Weg daran vorbei gibt es nicht.
Newtonsche Kräfte entstehen aus kinetischen Vorgängen: etwas massebehaftetes muß in Bewegung versetzt (beschleunigt) werden, damit dieses Etwas mit seiner Masse eine Reaktionskraft entwickelt. Die Rakete versetzt Masse, die sie in ihrem Bauch hat, in Bewegung, beschleunigt sie nach unten. Die Reaktionskraft dieser ausgestoßenen Masse wirkt auf die Rakete als Schubkraft, vertikal gesehen als Auftrieb.
Ein Flugobjekt hat nur die Möglichkeit, nach gleichem Prinzip vorzugehen: sich auf nach unten kinetisch beschleunigter Masse abzustützen. Es muß in der Lufthülle der Erde aber keine Masse in seinem Bauch mitnehmen, die ja auch schnell alle werden würde, sondern, es kann die umgebende Lufmasse benutzen. Dazu muß sie diese wirkungsvoll ergreifen und nach unten beschleunigen. Dafür gibt es viele technische Möglichkeiten. Mit einem (großen) Propeller (Hubschrauber) nach unten blasen, mit Flügeln (Tauben beim Senkrechtstart) flach nach unten auf die Luft schlagen, sie in senkrechter Stellung wieder hoch ziehen und erneut nach unten schlagen oder Flügel etwa 45° wie einen Fächer nachziehend horizontal hin und her schwenken, wie es heimische Meisen auf der Stelle fliegend machen und alle Kolibriarten und auch alle Insekten einschießlich der Hummeln. Diese genannten Flugarten benötigen keine Vorwärtsbewegung um fliegen zu können. Das ist mit Starrflügeln wie beim Flugzeug nicht möglich. Starrflügelbehaftete Flugobjekte wie Flugzeuge fliegen dadurch, daß sie mit entsprechend leichter Anstellung gegenüber der Vorwärtsbewegung durch das Prinzip der schiefen Ebene Luft nach unten in Bewegung beschleunigen. Die Rückstoßkraft der so nach unten in Bewegung versetzten Luftmasse wird mit Luftkraft bezeichnet, deren vertikale Komponente mit Auftriebskraft.

Damit ist die grundsätzliche Erklärung des Fliegens beendet: Objekte können fliegen, wenn sie permanent in geeigneter Weise Luftmasse in genügender Menge und Geschwindigkeit nach unten beschleunigen. Die Reaktionskraft der nach unten beschleunigten Luftmasse ist die Luftkraft, die vertikale Komponente davon ist die Auftriebskraft. Alle Flugobjekte `reiten´ auf abwärts beschleunigter Luchtmasse.

Diese Rückstoßtheorie hält im Gegensatz zur Bernoullitheorie die Regeln für physikalische Theorien ein. Diese besagen, daß Theorien allgemeingültig sein müssen, keine einzige Frage übrig lassen, also alle Fragen beantworten und auch die Ansätze für mathematische Grundformeln geben können müssen. Letzteres können aber leider falsche Theorien auch, bei der Gravitation allein fünf (siehe www.kosmosphysik.de), weshalb die Mathematik kein Bewertunskriterium für physikalische Theorien ist.
Die Allgemeingültigkeit der rückstoßtheorie besteht in Newton´s Kraftgesetz, nach dem alle Luftkräfte entstehen. Die Grundsatzformel ist in `Aerokinetische Grundformel" zu finden. Die wichtigste Frage betrifft die durch Unfälle bekannten sogenannten Wirbelschleppen. Sie sind eine wesentliche Folge des Fliegens: jedes Flugobjekt hinterläßt in Bewegung versetzte Luftmassen, muß sie auch hinterlassen. Eine Theorie hat solche Folgegeschehnisse voraus zu sagen. Die etwa achtzig Jahre alte `Bernoulli-Theorie´ konnte es nicht, weshalb sie allein aus diesem Grunde schon abschließend falsch ist. Die Wirbel wurden erst entdeckt, als es Unfälle gab, die sich nur aus der Existenz von Wirbeln erklären ließen. Es kostete eine nicht unbedeutende Zahl von Toten. Selbstverständlich wurde nach der Entdeckung der Wirbelschleppe eine Erklärung als Nebentheorie zur Bernoullitheorie gefunden, besser erfunden. Kennt man ein Ergebnis, findet sich immer auch eine Logik, es zu erklären. Es ist aber Aufgabe und Pflicht einer richtigen Theorie, solche Dinge voraus zu sagen. Selbst nachträglich kann die Bernoullitheorie das jedoch nicht, weil sie kein allgemeingültiges Grundprinzip besitzt.
Wie entstehen diese Wirbel? Eine Flugzeug produziert auf der Breite seiner Flugbahn abwärts strömende Luft. Diese Luft kann aber nur dann nach unten strömen, wenn die dort befindliche weggeschoben wird. Auch kann sie nicht oben ein Luftloch hinterlassen, so daß Luft von oben nachströmen muß. Unten ist Luft über, oben mangelt es an ihr. Also entsteht ein Luftkreisstrom von unten zur Seite nach oben in die Mitte und dort runter. Das geschieht von vorn oder hinten auf die Flugbahn gesehen an beiden Seiten in zwei nebeneinander liegenden und gegenläufig drehenden Wirbeln, den berüchtigten Wirbelschleppen. Diese befinden auf der gesamten Flugbahn und schlafen erst nach langer Zeit (30 und mehr Minuten) ein. Die Rückstoßtheorie erklärt aus sich selbst heraus ohne Schnörkel und fremde Hilfe direkt die Wirbelschleppen.
Es gibt noch weitere Erscheinungen, die die Bernoullitheorie nicht erklären kann. Dicht über dem Boden, z. B. bei Start und Landung, fliegt ein Flugzeug `besser´, es schwebt weiter als erwartet und löst sich leichter vom Boden als es dann weiter steigen kann. Man spricht vom Boden-Effekt. Auch dieser muß von der Flugtheorie direkt erklärt werden können. Die Bernoullitheorie kann das überhaupt nicht. Die Rückstoßtheorie sagt, daß die Luft, die das Flugzeug nach unten in Bewegung versetzt nun keinen freien Abzug mehr hat, sie muß sich zwischen Flugzeug und Boden zu den Seiten hin wegquetschen. Der überdruck unter dem Flugzeug steigt somit an, was einen höheren Auftrieb zur Folge hat. In der Antarktis fallen dabei an den Seiten stehende Pinguine um. Zu dicht an der Runway wartende Kleinflugzeuge wurden an Großflughäfen von landenden Großen schon `aufs Kreuz´ gelegt. Die Bernoullitheorie könnte dazu überhaupt nichts sagen. Eine Theorie ist aber dazu da, alles zu sagen!
Die Nähe fester Flächen wie Erdboden oder seitliche Steilwände haben Einfluß auf das Flugverhalten, was integraler Bestandteil der Rückstoßtheorie ist. Das führt zu einer Voraussage für den Fall, daß über einem Flugobjekt eine Decke ist. Wo ist so was? Ein Hubschrauberpilot flog mit seinem Helikopter unter einer Brücke hindurch. Die Bernoullitheorie läßt dafür keine Bedenken aufkommen. Das Ergebnis? Der Heli fand sich hinter der Brücke im Wasser wieder, ein Toter. Was sagt die Rückstoßtheorie dazu? Fliegen geschieht dadurch, daß Luft nach unten bewegt wird. Unter einer Fläche (Decke) ist der Nachschub von Luft von oben behindert, es bildet sich mehr Unterdruck über dem Flugobjekt, der Auftrieb steigt, das Flugobjekt mit. Das läßt sich in Analogie zum Boden-Effekt mit Decken-Effekt bezeichnen. Der Pilot dürfte gegen das Steigen gesteuert haben, so daß keine Berührung mit der Decke erfolgte. Beim Verlassen der Brücke war der Zusatzauftrieb durch den Deckeneffekt weg, der Heli sank und das zusätzlich noch dadurch, daß die Steuereinstellung des Piloten gegen Steigen vorlag. Auf eine solch gravierende änderung war der Pilot aber nicht gefaßt, er `verlor´ das Fluggerät in seiner Höhenkontrolle. Natürlich kommen Sachverständige mit ihrer Bernoulliausbildung (es gibt keine anderen) zu anderen Ergebnissen, meist Pilotenfehler. Hätte der Pilot eine Ahnung vom tatsächlichen Geschehen des Fliegens gehabt, wäre er gar nicht unter die Brücke geflogen. Falsche Physik, falsche Ausbildung, falsche Flugpraxis. Der Pilot hatte allerdings das Pech, mit der für die Auswirkungen gerade passenden Geschwindigkeit durchgeflogen zu sein. Wesentlich schneller oder langsamer hätten nicht zum Unglück geführt.)

Diese Beispiele der Potenz der Rückstoßtheorie, Fragen beantworten zu können, übererfüllen die Beweise dafür, daß die Bernoullitheorie falsch und die Rückstoßtheorie richtig ist. Flugobjekte fliegen kinetisch durch Bewegungserteilung von Luftmassen. Ein Flugobjekt ist der Akteur, die Luft der Reakteur. Das Bezugssystem des Fliegens ist die Luft. Ihr gegenüber muß ein Flugobjekt etwas tun, egal, ob sich diese Luft mit dem Wind über der Erdoberfläche verschiebt oder nicht. Eine Strömung, wie Piloten es sagen, gibt es nicht, es ist nur der Fahrtwind, also die Bewegung des Flugzeugs, nicht die der Luft. Ein Flugobjekt bewegt sich durch die Luft, nicht umgekehrt. Weder bewegen sich die Sterne über uns vorüber noch bewegt sich ein Lufteilchen an uns vorbei: wir bewegen uns mit unserem Flugzeug gegenüber der Luft. Der Windkanal ist eine Simulation, er verschiebt die Bewegung des Flugzeugs zur Luft, damit aber auch die Ursache zur Wirkung. Für technisch zu ermittelnde Werte ist das egal, für die Erkundung der Naturfunktionismen jedoch nicht, da ist alles explizit bestimmt (determiniert), Egalitäten gibt es da nicht.

flugtheorie.de