Der Coanda - Effekt
Ersterscheinung 27.8.2003
von J. Peter Apel

Stand 24.09.2006


Der Coanda-Effect: ein fiktiver, kein physikalischer Effekt!
The Coanda-effect: fictitiously, no physical effect!

Bekannt ist er im Alltag dadurch, daß damit erklärt wird, warum Wasser im senkrechten Regenfallrohr nicht frei fällt, sondern bei leichtester Berührung an der inneren Rohrwand an dieser an`klebt´ und danach an dieser runter läuft.

Was ist er? Coanda selbst wußte es nicht.

Coanda wunderte sich, daß bei Sicht aus seinem Flugzeug zwei heiße `Düsen´-Strahlen aus mit Kompressor gespeisten Brennkammern (heute würde man Nachbrenner sagen), die schräg zum Rumpf abstrahlen sollten, um ihn nicht zu beschädigen, sich stattdessen an die Rumpfaußenhaut anlegten. Sein Flugzeug brannte ab. Das war im Jahr 1910. Seitdem gibt es den `Coanda-Effekt´. Er konnte seitdem weder definiert werden, noch führte er zu wenigstens technischen Formeln, von physikalischen Erkenntnissen gar nicht zu reden.

Würde sich ein Luftstrom, der mit einer Oberfläche Kontakt hat und an dieser dann entlang strömt, nicht an ihr `kleben´ bleiben, so könnte kein Diffusor funktionieren. Dort setzt man als selbstverständlich voraus, daß der Luftstrom einer Erweiterung des Querschnittes (zurückweichen der Seitenwände) folgt. Wenn man will, daß dafür ein spezieller Effekt verantwortlich sein soll, so muß man ihn entsprechend definieren.
Es stellt sich aber die Frage: was verstand Coanda unter dem, was mit `Coanda-Effekt´ benannt wird? Wenn Coanda selbst nicht in der Lage war, seine Beobachtung als einen Effekt zu erklären, den er auch definieren kann, dann gibt es auch keinen Coanda-Effekt. In der Wissenschaft wird er auch nicht benutzt, kann auch nicht, da keine Definition vorliegt. Und nicht nur das: wofür bräuchte man ihn?
Coanda sah die `Selbstverständlichkeit´ aus dem Diffusor im Flugzeug mit dessen Koordinatensystem. Er hätte auch in einen Diffusor schauen können. Was ist also der Coanda-Effekt?
Coanda war in England in der Luftfahrtforschung/-technik tätig und hat mit der Frage nach dem `Warum´ dieser Erscheinung ein Phantom geschaffen, weil niemand, er eingeschlossen, eine Antwort auf die Frage hatte: warum folgt die Luft einer zurück weichenden Oberfläche?

Das vorstehende Bild zeigt das Problem auf, das Coanda hatte: die Stromfäden hinter der größten Buckelhöhe gehen nicht ihre eigenen geraden Wege, sondern folgen dem Buckelabfall wieder nach unten.
Aus einer nicht beantwortbaren Frage wurde ein Effekt gemacht! Ein in der Physik nicht unüblicher Vorgang nach dem Motto: weiß man etwas nicht, gibt man dem Unbekannten einen Namen, meist .....effekt, und schon weiß man etwas: "Das ist doch der .....effekt!" Ideal für physikalisch/technische Scharlatane, die mit solchen Begriffen erfolgreich hausieren gehen.
Was macht ein Luftteilchen aber tatsächlich, wie sieht die Physik des Vorganges aus? Wie heißt also die Antwort auf Coanda´s Frage?

Im für die Aerodynamik geltenden physikalischen Koordinatensystem, dem luftfesten, vollführt ein Luftteilchen nur eine seitliche weg-Bewegung (dicke Umkehr-Bewegungspfeillinie) bei einem sich durch die Luft bewegenden Buckel (Z. B. eine Flugzeugrumpfkontur) und eine beim Buckelabfall erwartete Zurückbewegung: es kann ja kein Vakuum zwischen der weggetretenen Luft und der sich wieder zurück bewegenden Oberfläche entstehen.
Der physikalische Vorgang dessen, was im Bild wirklich passiert, ist:

Eine Körper-Oberfläche bewegt sich nach oben, schiebt damit die Luft hoch, und wieder nach unten und saugt die Luft wieder hinter sich her.

Das ist identisch mit dem, was eine Tagflügeloberfläche mit ihrer Oberseite auch macht und auch ein Kolben in einem Motor. Es ist eine Selbstverständlichkeit, daß die umgebende Luft durch ihren Druck wieder frei werdende Räume auffüllt.
Daß sich die Körperoberfläche (Tragflügel) wie hier im Bild dabei gleichzeitig nach links bewegt, hat mit diesem Vorgang nicht das geringste zu tun. Aber die Sicht aus eben dieser Bewegung zeigt ein Strömungsbild (Stromfädenverlauf), das zu Unverständnis führt. Das Unverständnis trägt den Namen `Coanda-Effekt´! Einen realen physikalischen Effekt gibt es dabei nicht.
Der von der diminanten Seitwärtsgeschwindigkeit während des Luft verschiebens gefesselte Blick des Beobachters läßt das eigentliche Geschehen unsichtbar werden (Überstrahlungseffekt).

Ist die Seitwärtsbewegung der Körperoberfläche im Bild oder eines Tragflügels (Fluggeschwindigkeit) zu groß oder die Buckelrundung zu krumm, so fließt nicht die weg gedrückte Luft wieder zurück, sondern Luft von der Seite ein, von der der Buckel kam. Beim Tragflügel ist das von hinten. Aus Sicht der Seitwärtsbewegung, dem Koordinatensystem der Körperbewegung, zeigt sich ein `Strömungsabriß´, obwohl es eine `Strömung´ ja gar nicht gibt, es ist nur der Fahrtwind als fiktive Strömung. Fiktives hat in der Natur keine reale Wirkung, aber im menschlichen Hirn.

Die Antwort auf Coanda´s Frage in technischer Denkweise (physikalisch allgemeingültig ohne vordergründige `Strömung´ ist es im natürlichen Koordinatensystem, der Luft, mit der in Deutschland nur gelehrten technischen Denkweise nicht vermittelbar):
eine Luftströmung bläst die vorhandene Luft an einer Oberfläche weg und füllt den frei werdenden Raum selbst aus, auch um eine `Kurve´ nach außen herum. Ist die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in Wandnähe nicht mehr hoch genug, um die ja auch zurück weichende Wand um die Biegung herum frei zu blasen, reißt die Strömung ab (Strömungsabriß am Tragflügel, Ablösung im Diffusor). Wo das ist, hängt vom Kurvenradius wie der Kurvenlänge ab.
Strömt Wasser an einer Oberfläche entlang, so `entfernt´ diese die an der Oberfläche anhaftende Luft mit Leichtigkeit, weshalb der Abrißpunkt auch viel viel später, bergab sogar nie eintritt.


Damit bietet sich an, den aerodynamisch nicht benötigten `Coanda-Effekt´, nachdem der Begriff nun einmal da und nicht wieder in Vergessenheit zu bringen ist, für eine konkrete und wirkliche physikalische Begebenheit zu verwenden:
für den signifikanten Unterschied zwischen dem, wie sich Wasser in Luft beim Strömen entlang Körperoberflächen verhält. Wasser in Wasser verhält sich dabei genau so wie Luft in Luft. Wasser an einer Oberfläche in Luft aber fällt aus dem Rahmen.

Ein Wasserstrahl aus dem Wasserhahn folgt unverhältnismäßig länger einer Oberflächenrundung, z. B. dem zylindrischen Teil einer Flasche, als ein Luftstrahl. Der Vorgang hat aber nichts mit Adhäsion oder ähnlichen Effekten zu tun: ölt man den Zylinder (Flasche) ein, so ändert das nichts. Ein senkrecht abwärts fallender Wasserstrahl folgt der Flaschenrundung bis in die horizontale Richtung und sogar darüber hinaus, auf der Gegenseite bergauf! Wasser spült eine Oberfläche durch sein höheres spezifisches Gewicht `brutaler´ frei als es selbst eine starke Luftströmung könnte. Somit verschiebt sich ein Wasserströmungs-Ablösepunkt gegenüber Luft zu ganz geringen Geschwindigkeiten. Wieso aber bleibt Wasser mit seinem hohen Gewicht auch an einer Unterseite hängen?

Wasser bleibt nach dem gleichen Schema wie das in einem mit Bierdeckel abgedeckten umgestülpten vollen Glases `oben´ haften: auf Grund der Einwirkung des Luftdruckes. Die Oberflächenspannung des Wassers, also seine `Haut´, übernimmt die Funktion des Bierdeckels. Im Vakuum gibt es demzufolge den Coanda-Effekt mit Wasser nicht.

Die Oberflächenspannung des Wassers spielt also in der Form mit, als sie die Schichtdicke, mit der Wasser an Oberflächen `hängen´ bleibt, mitbestimmt. Die Adhäsion spielt die Rolle, daß sie mithilft, keine Luft zwischen Wasser und Oberfläche zu lassen. Interessant dürfte ein Versuch mit Quecksilber sein.

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