Erfahren Sie in diesem Artikel mehr über Beispiele und technische Anwendungen des Bernoulli-Effektes.

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie kommt der Auftrieb an Tragflächen zustande?
  • Warum schlagen Türen bei Wind meist zu und nicht auf?
  • Warum werden bei Stürmen die Dächer meist auf der windabgewandten Seite abgerissen?
  • Warum sammelt sich in Heizungen mit der Zeit Luft an?

Bernoulli-Effekt (Venturi-Effekt)

Der Bernoulli-Effekt (auch als Venturi-Effekt bezeichnet) beschreibt die mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit verbundene Druckabnahme in strömenden Gasen oder Flüssigkeiten. Im Artikel Bernoulli-Effekt wurde auf das Zustandekommen dieses Phänomens bereits ausführlich eingegangen. In diesem Artikel wird deshalb auf Beispiele und technische Anwendungen des Bernoulli-Effektes näher eingegangen.

Auftrieb an Tragflächen

Die Abnahme des Druck in strömenden Fluiden kann man mit einem Blatt Papier relativ einfach nachprüfen. Hierzu hält man das Papier an den Ecken mit zwei Fingern und führt es an die Unterlippe. Nun bläst man mit dem Mund über die Oberseite des Blattes. Das Blatt wird dabei nicht etwa zusätzlich nach unten gedrückt, sondern paradoxerweise nach oben angehoben. Durch die schnell strömende Luft an der Oberseite sinkt der Druck und der größere Druck an der Unterseite (stehende Luft) drückt das Blatt Papier nach oben.

Animation: Demonstration des Bernoulli-Effektes an einem Stück Papier

Dieses Prinzip erzeugt bei Flugzeugen letztlich den Auftrieb, indem man durch ein geeignetes Querschnittsprofil die Luft oberhalb der Tragfläche schneller strömen lässt als unterhalb. Dass die Luft oberhalb der Tragfläche schneller strömt als unterhalb kann man grafisch daran erkennen, dass die Stromlinien über der Tragfläche dichter beieinander liegen. Die Stromliniendichte ist nämlich ein Maß für die Geschwindigkeit der Strömung!

Zuschlagen von Türen durch einen Windzug

Das Zuschlagen von Türen aufgrund eines Luftzugs, die eigentlich nur einen kleinen Spalt offen stehen, ist ebenfalls auf diese Effekt zurückzuführen. Der Türspalt stellt letztlich einen verengten Querschnitt dar, durch die die Luft folglich sehr schnell strömt. Der Luftdruck im Spalt zwischen Türe und Rahmen sinkt. Um das Türblatt selbst strömt die Luft meist mit deutlich geringerer Geschwindigkeit. Der höhere Druck auf dem Türblatt im Vergleich zum Luftdruck im Spalt, schlägt die Türe folglich mit großer Kraft zu, auch wenn der Luftstrom mit der Öffnungsrichtung der Türe strömt! Der Luftzug stößt die Türe also meist nicht auf, sondern eben zu.

Animation: Zuschlagen einer Türe vom Wind

Abdecken von Dächern bei Stürmen

Bei Stürmen ist der Bernoulli-Effekt ebenfalls zu beobachten. Bei extremen Stürmen werden häufig ganze Dächer abgedeckt. Dies ist ebenfalls eine Folge des abnehmenden Drucks bei zunehmenden Strömungsgeschwindigkeiten. Durch die hohen Windgeschwindigkeiten sinkt der Druck in der Umgebung und somit auch über dem Dach sehr stark. Innerhalb des Gebäudes ruht die Luft in der Regel und weise einen höheren Druck auf. Aufgrund dieser Sogwirkung der Umgebung drückt es die Ziegel nach oben, sodass der Wind vollständig unter das Dach gelangt und es schließlich abdeckt.

Paradoxerweise ist dabei die windabgewandte Seite meist einer größeren Gefahr ausgesetzt, da dort die Windgeschwindigkeiten höher und die Drück folglich niedriger sind (größere Sogwirkung). Auch in diesem Fall dient das Haus letztlich als Verengung für die Strömung, sodass die Luftströmung während des Überströmens über das Haus zusätzlich beschleunigt wird. Unmittelbar hinter dem First herrschen somit sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten.

Wasserdüse am Boden eines Eimers

Das hydrodynamische Paradoxon lässt sich auch beim Befüllen eines Eimers mit einem Wasserschlauch beobachten. Drückt man die Wasserdüse direkt senkrecht auf den Boden des Eimers, dann saugt sich die Düse regelrecht am Boden fest. Dies ist wiederum darauf zurückzuführen, dass durch den geringen Spalt zwischen Boden und Düse das Wasser sehr schnell strömt. Der Druck sinkt und der höhere umgebende Wasserdruck drückt die Düse folglich auf den Boden.

Zerstäuber (Vergaser)

Die Sogwirkung von schnell strömenden Gasen nutzt man bspw. auch um Flüssigkeiten gezielt aus einem Reservoir zu saugen und zu zerstäuben. Mit Hilfe einer Venturi-Düse wird ein Luftstrom beschleunigt, sodass der statische Druck im verengten Querschnitt sinkt. Hierdurch entsteht ein Unterdruck, der Flüssigkeit aus einer weiteren Öffnung ansaugt.

Auf diese Weise arbeiten bspw. Vergaser von Verbrennungsmotoren, die aus einem Reservoir Treibstoff ansaugen und sich dieses so mit dem Luftstrom vermischt. Nach demselben Prinzip werden auch in Wartungseinheiten von pneumatischen Anlangen Öle zerstäubt und der Luft beigemischt.

Animation: Prinzip eines Vergasers (Zerstäuber)

Pneumatische Sauger

Anstelle Flüssigkeiten aus einem Reservoir anzusaugen wie bei einem Zerstäuber, kann man auch Luft absaugen. Es entsteht ein Saugeffekt, der in pneumatischen Saugnäpfen zum Einsatz kommt. Auch wenn dabei kein Vakuum erzeugt wird, werden diese Saugnäpfe auch als Vakuumsauger bezeichnet.

Dekantierausgießer

Die Aromen von Wein entfalten sich am Besten, wenn dem Wein Sauerstoff zugeführt wird. Dies erreicht man mit einem Dekantierausguss, den man vor dem Ausgießen auf die Weinflasche setzt. Der Querschnitt des Dekantierausguss verengt sich und führt zur Zunahme der Ausflussgeschwindigkeit. Der damit verbundene Unterdruck saugt Luft aus der Umgebung an und setzt diese dem Wein direkt beim Ausgießen aus der Flasche zu.

Dieser Effekt, dass Luft in eine strömende Flüssigkeit eingesaugt wird, ist auch der Grund weshalb sich in Heizungssystemen mit der Zeit Luft ansammelt. Heizungsventile stellen letztlich Verengungen für den Wasserstrom dar. Der hierdurch entstehende Unterdruck saugt Luft durch feine Undichtigkeiten an.