Eine uralte Erkenntnis des Menschen ist, dass warme Luft nach oben steigt. Das konnte am Lagerfeuer und bei der Wolkenbildung bebachtet werden. Ebenso wie warme Luft, die eine geringere Dichte als kühlere Luft besitzt, aufsteigt, erfahren andere Gase mit geringerer Dichte in Luft Auftrieb. Diesen Effekt machte man sich bei Heißluftballons und beim Zeppelin zunutze.

Doch bei Flugzeugflug entsteht der Auftrieb anders. Er wird durch den Schub verursacht, also durch die dem Luftwiderstand entgegengesetzte Vorwärtsbewegung. Die Funktionsweise ist ähnlich wie bei einem Segel, das schräg in den Wind gestellt Vortriebskräfte erfährt.

Es gibt mehrere Theorien, die den Auftrieb am Flugzeugflügel begründen - nicht alle sind richtig. Im Folgenden wird das komplexe Phänomen am Beispiel der drei wichtigsten Erklärungsmodelle erläutert:

• die Erklärung nach Newton (Rückstoß)
• die Erklärung nach Bernoulli (Unter-/Überdruck) und
• die Erklärung durch Wirbelströme

Auftrieb nach Newton

Am einfachsten nachzuvollziehen scheint die Erklärung nach den mechanischen Prinzipien des Physikers Isaak Newton (1642-1727). Prallt die Luft gegen die Unterseite des Flügels, werden die Luftteilchen von diesem zurückgeworfen - ähnlich kleinen Bällen, die von der Wand abprallen. Der Rückstoß der Luftmolekühle drückt den Flügel nach oben.

Auftrieb nach dem Rückstoßprinzip: Die Luft wird vom Flügel nach unten umgelenkt, der Flügel wird nach oben gedrückt.

Luft bildet einen zusammenhängenden Verband, der sich bei hohen Geschwindigkeiten und unter unterschiedlichen Drucksituationen anders verhält als viele an die Wand geschleuderte Kügelchen. Bewegungen in einem gasförmigen Medium lassen sich nicht einfach mit den Gesetzen der Punktmechanik erklären. Solche Bewegungen müssen mit Hilfe der Strömungsphysik beschrieben werden.

Trotzdem ist es nicht verkehrt zu sagen, dass der Flügel die Luft nach unten umlenkt. Dabei wird der Flügel selbst mit der gleichen Kraft nach oben gedrückt. Eines der von Newton entdeckten Prinzipien war, dass jede Kraft, die auf ein Objekt einwirkt, eine gleich große Gegenkraft hervorruft.

Dieser Erklärung nach sollte ein Flügel mit einem rechteckigen Flügelprofil und gleicher Größe einen genauso großen Auftrieb erfahren wie ein Flügel mit dem oben abgebildeten Profil. Das tut ein solcher Flügel aber nicht - wie sich in unserem Zum Versuch nachprüfen lässt. Es muss also noch andere Gründe für den Auftrieb am Flügel geben.

Welche Drucksituation herrscht an der Flügelober- und Unterseite? Zur Erklärung nach Bernoulli ...