Schneller als der Wind...

@ufosichter

ufosichter schrieb:und da es einmal angeschoben unendlich lang läuft, ist das doch auch ein Perpetum Mobile, oder nicht?

Natürlich nicht. Es läuft nur solange weiter, wie es eine Geschwindigkeits-Differenz zwischen Luft und Oberfläche gibt, die es reduzieren kann. Das ist ein externer Energie-Input.

@Saturius

Saturius schrieb:Ein Gefährt bekommt 10 Joule Rückenwind.

Wind ist eine Geschwindigkeits-Differenz. Die wird nicht in Joule gemessen. Du musst dir die Bedeutung und den Zusammenhang physikalischer Größen besser klarmachen:

Energie / Zeit = Kraft * Geschwindikeit

Und nun bedenke, dass die relativen Geschwindikeiten zu Boden und Luft unterschiedlich sind. Daher kann man am jeweils langsameren Objekt mehr Antriebskraft erzeugen, als beim aufnehmen der Energie am schnellerem Objekt an Bremskraft entsteht.

@nerdisch
Ok, dann formuliere ich um.
Wenn eine Windkraft mit 10 Joule gegen das Gefährt drückt und es dadurch antreibt...

Wir reden hier aber von vllt. 5 Meter. Also soviel Unterschied wird doch zwischen Boden und 5 Metern Höhe nicht bestehen oder?

Wenn ein Wind mit 30 km/h gegen das Gefährt drückt, und dieses dadurch antreibt hat es dadurch irgendwann eine Maximalgeschwindigkeit.
Die Maximalgeschwindigkeit (wir ignorieren jetzt mal den Reibungswiderstand der Räder und Mechanik im Fahrzeug) beträgt dann auch 30 km/h. Ist logisch.
Die Räder treiben dadurch das Windrad an, welches die Luft ansaugt, durch seine Drehung.

Das heisst, bei maximaler Geschwindigkeit durch den Rückenwind, wird das Windrad angetrieben, dass den Wind ansaugt. Also muss das Windrad mehr Wind ansaugen, als es durch Rückenwind und Energie von den Rädern bekommt.

Ich tu mich dabei noch schwer mir vorzustellen, dass Räder durch ihre Bewegung ein Windrad antreiben, das mehr Energie aufnimmt und übersetzt, als die Räder abgeben.

Also bei 30 km/h Rückenwind, muss das Windrad die Luft mit 31 km/h ansaugen. Demnach müsste die Übersetzung der Räder höher sein, als die Drehung des Windrads. Durch Übersetzungen geht das vllt. Aber man muss ja auch den Reibungswiderstand und den Energieverlust einkalkulieren.

Scheint zu gehen. Der Aerodynamiker Mark Drela vom MIT hat die theoretische Berechnung aufgestellt:

http://www.boatdesign.net/forums/attachments/propulsion/28168d1231128492-ddwfttw-directly-downwind-faster-than-wind-ddwe.pdf (Archiv-Version vom 29.02.2012)

http://www.boatdesign.net/forums/attachments/propulsion/28167d1231128492-ddwfttw-directly-downwind-faster-than-wind-ddw2.pdf (Archiv-Version vom 29.02.2012)

Site von Drela: http://web.mit.edu/aeroastro/people/drela.html

Insgesamt ist das einzige, was auf jeden Fall gegeben sein muss, dass die Energie, die dem Wind entzogen wird, grösser ist als die Energie, die zum Antrieb des Fahrzeugs benutzt wird, oder?

Dass man dabei mit viel langsamem Wind ein kleines Gefährt schneller als den Wind antreiben kann, erscheint mir jetzt grundsätzlich noch nicht so erstaunlich. Auf die Energiebilanz kommt's wohl an.

@Saturius

Saturius schrieb:Wir reden hier aber von vllt. 5 Meter. Also soviel Unterschied wird doch zwischen Boden und 5 Metern Höhe nicht bestehen oder?

Wieso nicht? Der Boden steht still und der Wind ist zwar direkt am Boden vielleicht etwas verwirbelt, hat aber auch in 10 cm Höhe schon eine beachtliche Geschwindigkeit.

Und nochmals, ganz wichtig: Nicht der Wind schiebt das Fahrzeug, sondern der Propeller und der Propeller arbeitet in einer bewegten Luftmasse, während die Räder auf dem stillstehenden Boden arbeiten. Und diese Differenz treibt das Fahrzeug an.

Bei Windstille ist Sendepause.

@Thawra

Thawra schrieb:Insgesamt ist das einzige, was auf jeden Fall gegeben sein muss, dass die Energie, die dem Wind entzogen wird, grösser ist als die Energie, die zum Antrieb des Fahrzeugs benutzt wird, oder?

Dass man dabei mit viel langsamem Wind ein kleines Gefährt schneller als den Wind antreiben kann, erscheint mir jetzt grundsätzlich noch nicht so erstaunlich. Auf die Energiebilanz kommt's wohl an.

So ist es. Und klein muss das Fahrzeug gar nicht sein. Mit Luft als strömendem Medium wird das Ganze recht schnell unhandlich wenn das Fahrzeug größer wird. Mit Wasser (Boot mit Schiffsschraube und auf dem Grund eines Flusses laufendem Rad) sieht die Sache aber schon anders aus.

@Saturius

Die Walway - Carts im Video auf der vorherigen Seite funktionieren nach genau dem gleichen Prinzip, der dahinter steckende Mechanismus ist aber vielleicht leichter zu durchschauen.

Sieh es Dir genau an: Was treibt das Cart an?

Wenn das Windrad nur ein Propeller ist, wem wird dann eigentlich wodurch die Energie entzogen? Das ergibt doch keinen Sinn!

Meiner Meinung nach, ist es kein Propeller, es ist ein Windrad genau wie auf einer Windmühle und es treibt eben nur den Mühlstein bzw. die Räder an!

Das würde auch erklären wieso die Mühle bzw. das Auto auch schneller als der Wind fahren kann.

Bei einer Windkraftanlage ist die Windgeschwindigkeit nur ein Faktor, die Flügel müssen ja nur groß genug sein um auch als Langsamläufer, die benötigte Energie bereit zu stellen!

Das Ding auf dem Fließband, im letzten Video ist bestimmt was anderes, das ist nur ein Modell, das nicht dem Gefährt auf der Straße entspricht. Das haben wir jetzt besser nicht gesehen! :|

@Saturius

Saturius schrieb:Wenn eine Windkraft mit 10 Joule...

Joule ist eine Einheit für Energie. Kraft wird in Newton gemessen. Die meisten pseudo-physikalischen Argumente gegen das Ding basieren darauf, dass Größen wie Kraft und Energie miteinander verglichen werden, was völlig sinnlos ist.

Aber da bist du nicht allein. Der Optiker Bernhard Schmidt hat in den 20ern ein Gegenwindschiff vorgestellt, das direkt gegen den Wind fahren kann. In seiner Biographie behauptet die Autorin Barbara Dufner das es unmöglich sei mit Windkraft direkt gegen den Wind zu fahren. Dufner kann auch nicht zwischen Kraft und Energie unterscheiden, und Behauptet es gebe sowas wie Kraft-Erhaltung:

http://books.google.de/books?id=Qie9-uBPPi4C&pg=PA128&lpg=PA128&dq=%22barbara+dufner%22+gegenwindschiff&source=bl&ots=xyNrT-T1KS&sig=EHD3oJzVVtOaSLvHzffqkg64hkU&hl=de&sa=X&oi=book_result&resnum=1&ct=result#PPA131,M1

Vielleicht sollte jemand Frau Dufner das hier zu Weihnachten schenken:

China Educational Toys Wind Powered Car Wholesale Factory Supplier Manufacturer ZZH137798

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Abgesehen von dem Turbinen-Blackbird, und den Aeouls-Rennen gegen den Wind, gibt es natürlich auch Boote die direkt gegen den Wind fahren können:
https://www.youtube.com/watch?v=NNbNNSDljGI

@nerdisch

nerdisch schrieb:Abgesehen von dem Turbinen-Blackbird, und den Aeouls-Rennen gegen den Wind, gibt es natürlich auch Boote die direkt gegen den Wind fahren können:

Natürlich gibt's die. Voraussetzung für das Funktionieren eines solchen Antriebs ist nur, dass zwei gegeneinander bewegte Medien vorhanden sind.

Intuitiv oder mit dem "gesunden Menschenverstand" ist das nicht zu verstehen, wenn man aber das Prinzip erfasst hat, dann ist es ganz einfach.

@Ashert001

Ashert001 schrieb:Wenn das Windrad nur ein Propeller ist, wem wird dann eigentlich wodurch die Energie entzogen? Das ergibt doch keinen Sinn!

Die Energie stammt aus der Differenz der Geschwindigkeit des Bodens(0) und des Windes.

TotallySkeptic schrieb:Die Energie stammt aus der Differenz der Geschwindigkeit des Bodens(0) und des Windes.

Und wie nimmt das Auto diese Windenergie auf? Es soll doch eben ein Propeller sein und keine Windkraftanlage.

Was liefert bitte dem Propeller die Energie sich zu drehen? Es hieß die Räder treiben ihn an, aber was treibt die Räder an?

Ich hab's zwar auch noch nicht nachvollziehen können, aber vielleicht hilft ja eine andere Betrachtungsweise.

Und zwar kann man sich das Gefährt idealerweise über dem Boden schwebend vorstellen, z.B. wie diese "Autos" ohne Räder im Krieg der Sterne von '77, oder wie ein Luftschiff. Dieses Gefährt wird vom Wind angetrieben und bewegt sich also zusammen mit der Luft durch die Gegend. Gegenüber der Luft steht das Gefährt still.

Aus Sicht des Fahrzeuges bewegt es sich also nicht gegenüber der Luft und die Erde bewegt sich unter dem Fahrzeug hinweg. Nun wird vom Fahrzeug ein Reifen auf den Boden abgesenkt, der über eine Mechanik eine Luftschraube antreibt.

Der Propeller beschleunigt das Gefährt nach vorne, und das Rad beschleunigt es durch Bremswirkung nach hinten. Wenn man jetzt noch nachvollziehen könnte, daß die Bremskraft kleiner ist als die Propellerkraft, sollte es verständlich werden.

Aber da setzt es bei mir auch noch aus, den Schritt kann ich nicht erklären..

Zäld

@Ashert001

Ashert001 schrieb:Und wie nimmt das Auto diese Windenergie auf?

Der Wagen beschleunigt die Luft nach hinten, und verlangsamt damit die Luft relativ zum Boden. Damit entzieht er dem wahren Wind Energie.

Ashert001 schrieb:Es soll doch eben ein Propeller sein und keine Windkraftanlage.

Was willst du auch mit einer Trubine, wenn du direkt vor dem Wind schneller als dieser fährtst? Eine Trubine würde die Luft nach vorn Beschelunigen, und damit den wahren Wind verstärken, statt ihm Energie zu entziehen.

Merke : Windenergie kommt immer aus der reduktion des wahren Windes (Luftbewegung relativ zum Boden)

Ashert001 schrieb:Was liefert bitte dem Propeller die Energie sich zu drehen? Es hieß die Räder treiben ihn an, aber was treibt die Räder an?

Stell dir die gleichen Fragen in einen einfacheren, rein mechanischen Fall:

Propeller -> blaues Rad
Luftmasse -> Lineal

Under the ruler faster than the ruler

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Was liefert dem blauen Rad die Energie sich gegen die Kraft des Lineals zu drehen? Die Spulen treiben es an, aber was treibt die Spulen an?

Ashert001 schrieb:Das Ding auf dem Fließband, im letzten Video ist bestimmt was anderes, das ist nur ein Modell, das nicht dem Gefährt auf der Straße entspricht.

Das Model auf dem Laufband simuliert ganz genau die Situation: Direkt vor dem Wind, bei Windgeschwidigkeit. Wenn es da nach vorn Beschleunigen kann, dann kann es das auch im natürlichen Wind. Die relativ Geschwindigkeiten zu Luft und Oberfläche sind die gleichen. Das Laufbandexperiement wird hier erklärt:

Under the ruler 2: the ground moves

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@zaeld

zaeld schrieb:Wenn man jetzt noch nachvollziehen könnte, daß die Bremskraft kleiner ist als die Propellerkraft, sollte es verständlich werden.

Aber da setzt es bei mir auch noch aus, den Schritt kann ich nicht erklären.

Jedes Getriebe kann doch :
Eine kleine Kraft, die mit hoher Geschwindigkeit eingeleitet wird.
umwandeln in:
Eine große Kraft, die mit niedriger Geschwindigkeit abgegeben wird.

Bei vor dem Wind schneller als der Wind bewegt sich der Boden relativ zum Wagen schneller als die Luft. Der Wagen wandelt daher:
Eine kleine Bremskraft, die mit hoher Geschwindigkeit vom Boden eingeleitet wird.
in:
Eine große Schubkraft, die mit niedierger Geschwindigkeit an der Luft erzeugt wird.

Bei direkt gegen den Wind is es umgekehrt. Da bewegt sich der Boden relativ zum Wagen lansamer als die Luft. Der Wagen wandelt daher:
Eine kleine Bremskraft, die mit hoher Geschwindigkeit von der Luft eingeleitet wird.
in:
Eine große Vortriebskraft, die mit niedierger Geschwindigkeit am Boden erzeugt wird.

nerdisch schrieb:Was liefert dem blauen Rad die Energie sich gegen die Kraft des Lineals zu drehen? Die Spulen treiben es an, aber was treibt die Spulen an?

Die Energie kommt da aus der Hebelwirkung des Lineals, er übt ja damit einen Druck gegen die Achse des blauen Rades aus.
Da hätte er auch nur eine Dose hinlegen können, wenn das Lineal darauf nicht genau ausbalanciert ist, ja der selbe Effekt!

Bei dem Fließband hingegen kommt die Energie, direkt aus dem Motor des Fließbandes, die Antriebsräder bzw. das Fließband treibt über eine Umsetzung ja nur den Ventilator an. Was anderes ist das doch nicht.
Das funktioniert auf der Straße so nicht, da sich die Straße nun mal nicht selber bewegt und du das Auto nicht dagegen montieren kannst!

Ich bin jetzt leider nicht schlauer als vorher, am besten wäre mal, jemand macht mal eine genau Strömungsszeichnung, woher was kommt und wohin es geht! :|

@Ashert001

Ashert001 schrieb:Da hätte er auch nur eine Dose hinlegen können, wenn das Lineal darauf nicht genau ausbalanciert ist, ja der selbe Effekt!

Wenn du damit meinst, dass die Ausrichtung der Lineals eine Rolle spielt liegst du falsch. Siehe:

Under the ruler 3: tilting the ruler

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Ashert001 schrieb:Bei dem Fließband hingegen kommt die Energie, direkt aus dem Motor des Fließbandes

Und draussen kommt die Windenergie aus der Sonne, die Luftmassen erhitzt und sie in Bewegung relativ zum Boden versetzt. Dem Wagen ist es aber völlig egal wie die Geschwindkeits-Differenz zwischen Luft und Oberfläche erzeugt wurde.

Ashert001 schrieb:Das funktioniert auf der Straße so nicht, da sich die Straße nun mal nicht selber bewegt

Die Straße bewegt sich sehr wohl relativ zur Luftmasse, wenn der wahre Wind weht. In der Physik gibt es keine absoulte Bewegung. Und die relativen Geschwindigkeiten sind die gleichen, egal ob man die Luft oder die Oberflache bewegt.

Ashert001 schrieb:am besten wäre mal, jemand macht mal eine genau Strömungsszeichnung, woher was kommt und wohin es geht!

Strömungs-Mechanik ist kompliziert und wird dir nicht helfen das grundlegende Wirkprinzip zu verstehen. Versuch lieber die einfachen Starrkörper-Modelle zu verstehen. Der Leistungs-Fluß ist der gleiche:

Walkway Carts

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Beim dem Wagen, das mit dem Streifen schneller als der Streifen fährt, drehen sich die Streifen-Räder entgegen dem Drehmoment vom Streifen. Dazu müssen die Streifen-Räder von den Boden-Rädern über die Kette gedreht werden. Die Streifen-Räder ziehen dann das ganze Ding nach vorn, was widerum die Boden-Räder dreht.

Es ist also eine Rückkopplung. Aber es ist keine isolierte Rückkopplungs-Schleife (wie bei vielen Perpetuum-Mobile-Ideen). Es wird von aussen Energie hinzugefügt indem eine Geschwindikeits-Differenz zwischen zwei Objekten erzeugt wird.

Wenn du unbedingt die Strömung verstehen willst, würde ich mit diesem stark vereinfachtem Model anfangen:

Directly Down & Up Wind Faster than the Wind

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@nerdisch
@Ashert001
@zaeld
@Thawra
@Branntweiner
@Saturius
@ufosichter
@martialis
@Total_Recall
@geeky

Um das ganze wieder auf den Boden zu bringen:

Das Ding fährt. Mit dem Wind und gegen den Wind. Egal was manche hier meinen, weil das Prinzip intuitiv nicht erfassbar ist.

Wie war das doch gleich mit der Hummel und dem Fliegen?

TotallySkeptic schrieb:Das Ding fährt. Mit dem Wind und gegen den Wind. Egal was manche hier meinen, weil das Prinzip intuitiv nicht erfassbar ist.

Herr Schafner, wann hält denn der nächste bahnhof am Zug. Das Ding mag ja fahren nur was soll das jetzt praktisch bedeuten?

TotallySkeptic schrieb:Wie war das doch gleich mit der Hummel und dem Fliegen?

Ja wie war das noch gleich?