Schneller als der Wind...

@Z.
dem System Erde sozusagen verloren geht, dem Wind und dem "Luftdruck" (um das Objekt) wird Energie entzogen...

Ich glaube es ist viel einfacher Windenergie als kinetische Energie der sich bewegenden Luftmasse zu verstehen, als Druckenergie heranzuziehen. Natürlich entsteht die Bewegung der Luftmasse durch globale Druckunterschiede, aber es ist für die Funktionsweise des Wagens unerheblich warum sich die Luftmasse relativ zu Boden bewegt. Auch die lokalen Druckunterscheide an den Rotorblättern erklären nur wie die Kraft entsteht, nicht wie Windenergie aufgenommen wird.

Windenergie kommt immer aus der Reduktion der wahren Windes, also Verlangsamung der Luft relativ zum Boden. Dadurch wird dem System Boden-Luftmasse kinetische Energie entzogen. Vom Boden aus gesehen hinterlässt der Wagen (genau wie ein Segelboot) eine Schleppe aus langsamerer Luft, die nun weniger kinetische Energie hat als vorher.

@nerdisch
Grüss Dich... Danke für die Kritik.

nerdisch schrieb:Ich glaube es ist viel einfacher Windenergie als kinetische Energie der sich bewegenden Luftmasse zu verstehen, als Druckenergie heranzuziehen

Ich verstehe, dennoch, es ist imo wichtig die Gegenströmung, die schliesslich zur Beschleunigung des Objektes über die Geschwindigkeit des eigentlich herrschenden Rückenwindes führt, möglichst effektiv zu betrachten. Luftdruck/Atmosphärendruck (auf deren Angabe ich verzichtet habe) sind demnach genauso "wichtig" wie die, exponentiell ansteigende Energiemenge, die über Beschleunigung gegen die "stehende" (aus Sicht des auf Wingeschwindigkeit bereits beschleunigten Objektes) Luftmasse... auf das Windrad wirkt! Das ist ja gerade der Dynamische Effekt, der hier zum Nachdenken anregt.

nerdisch schrieb:Natürlich entsteht die Bewegung der Luftmasse durch globale Druckunterschiede

Das war nicht so geschrieben oder gemeint.

nerdisch schrieb:Auch die lokalen Druckunterscheide an den Rotorblättern erklären nur wie die Kraft entsteht, nicht wie Windenergie aufgenommen wird.

Bitte erklär das nochmal. Sinn war die Kraft durch Einströmung zu beschreiben.

nerdisch schrieb:Windenergie kommt immer aus der Reduktion der wahren Windes, also Verlangsamung der Luft relativ zum Boden.

Hmmm... inwiefern ist dass zB. hier nicht bereits enthalten?

Da das Windrad dem Rückenwind einen Widerstand entgegensetzt (wichtig inkl. Boden-/Roll-Widerstand), die potentielle Energie des Windrucks....

nerdisch schrieb:Vom Boden aus gesehen hinterlässt der Wagen (genau wie ein Segelboot) eine Schleppe aus langsamerer Luft, die nun weniger kinetische Energie hat als vorher.

Exakt. Habe nichts gegenteiliges behauptet, wenn nicht bewusst.
Der Rückenwind wird nach vorne gebremst und ihm somit Energie entzogen. Klar.
Nicht ganz so klar ist übrigens, das durch entstehen des Soges bei durchfahren der Luftmasse Unterdruck erzeugt wird, der der vom Objekt aus stehenden Luftmasse Druck-Energie entzieht.
Einwände?

Soll alles nicht heissen das ich mich nicht über Deinen Post freue, bitte lass uns das klären.
NG Z.

@Z.
Nicht ganz so klar ist übrigens, das durch entstehen des Soges bei durchfahren der Luftmasse Unterdruck erzeugt wird, der der vom Objekt aus stehenden Luftmasse Druck-Energie entzieht.
Einwände?

"vom Objekt aus stehende Luftmasse" hört sich an als wenn du das ganze im Bezugssystems des Wagens betrachtest, und zwar beim erreichen der Windgeschwindigkeit . Habe ich das richtig verstanden? Wenn ja, dann würde ich dir bezüglich der Energie widersprechen:

Im Bezugssystems des Wagens, der bei oder oberhalb der Windgeschwindigkeit fährt, wird der Luft keine Energie entzogen. Im Gegenteil, der Propeller beschleunigt anfangs ruhende Luft, und steckt damit kinetische Energie in die Luft rein. Kinetische Energie ist ja abhängig vom Bezugssystem:

- Im Bezugssystems des Bodens entzieht der Propeller der Luft Kinetische Energie
- Im Bezugssystems des Wagens führt der Propeller der Luft Kinetische Energie zu

Dass der Propeller zum beschleunigen der Luft lokal Druckunterschiede erzeugt ist eher ein technisches Detail. So ist es nun mal wenn man Kräfte auf ein Fluid ausüben will. Bei den Starrkörper-Analogie-Modellen (Getriebe-Wagen in den Videos auf Seite 5) spielen Druckunterschiede keine Rolle, aber der Energie-Transfer ist der gleiche wie bei dem Windwagen. Daher glaube ich nicht das man in Fluidmechanik (Druck-Energie usw.) eintauchen muss, um hier die Energie-Bilanz zu erklären. Aber jeder hat ja seine eigene Vorlieben, was Erklärungen angeht.

@nerdisch
Hallo. He da bin ich ja auf einen Fachman gestossen, Danke für den Post.

Ich möchte gerne auf diesen eingehen, habe dennoch ein Frage im voraus.
Führt deiner Meinung ein Segel in finaler Energiebilanz (bei Vorwärtsbewegung ohne Motor) dem Wind, der Luft, Energie zu?

NG

@Z.
Führt deiner Meinung ein Segel in finaler Energiebilanz (bei Vorwärtsbewegung ohne Motor) dem Wind, der Luft, Energie zu?

Wie ich schon sagte, Kinetische Energie ist abhängig vom Bezugssystem:

- Im Ruhesystem des Oberfläche entzieht das Segel der Luft kinetische Energie
- Im Ruhesystem der Luftmasse führt das Segel der Luft kinetische Energie zu

Ich würde aber unterscheiden zwischen "Luft" als physikalisches Objekt, und "Wind" als Bewegung (also ein Zustand) des Objektes. Dem "wahren Wind", also der Geschwindigkeits-Differenz zwischen Luft und Boden, entzieht das Segelboot wie auch der Rotorsegler immer Energie, egal von welchen Bezugsystem man es betrachtet.

@nerdisch

nerdisch schrieb:Dem "wahren Wind", also der Geschwindigkeits-Differenz zwischen Luft und Boden, entzieht das Segelboot wie auch der Rotorsegler immer Energie, egal von welchen Bezugsystem man es betrachtet.

Davon gehe ich aus und insofern wäre es imo, bei einem nur durch den Wind angetriebenen Objekt, wie dieses das hier zum Thema vorliegt, grundsätzlich irreführend davon auszugehen das es einen Energieeintrag in total Energiebilanz leistet. Nach der ich fragte.

Genau genommen wird die zusätzliche Beschleunigung (ab Windgeschwindigkeit des Objektes) ja durch die Energie sprich den Widerstand der vor ihm stehenden Luftmassen erzeugt. Würde der Rotor eigens erzeugte Energie in diese Luftmasse eintragen, die er nur aus dem Rückenwind erhält, würde dieser Vorgang das Objekt, ab dem Moment wo Windgeschwindigkeit erreicht ist, abbremsen und nicht wie gezeigt beschleunigen.

Es entsteht imo Unterdruck durch die vom Rückenwind indirekt beschleunigten Rotorblätter hinter diesen Blättern, dies führt dazu das die vordere Luftmasse in dieses Unterdruck-Gebiet ein- oder nachströmt und somit Energie abgibt/verliert, indem sie den Unterdruck hinterden Blättern ausgleicht, somit nimmt der Normdruck* der forderen Luftmasse ab. Hier findet kein wirklicher Energieeintrag des nicht motorgetriebenen Windrades statt.

Insofern, umso geringer der Atmosphären-Druck* wäre umso geringer wäre die Einströmungs-Energie in den Unterdruckbereich. Ich sehe nicht das ein ausschliesslich vom Wind angetriebenes Windrad, das in unserem Falle absolut mit einem Segel, nicht aber mit einem motorgetriebenen Objekt zu vergleich ist, einen namhaften Energieeintrag in fordere durchfahrene Luftmasse leistete.

Mit Verlaub und nett gesagt, kann natürlich auf mein fehlendes Verständniss beruhen, ist der Gedankenfehler darauf bergündet das man im Falle eines Rotors, intus von einem gesonderten Antrieb ausgeht. Das entsprechende Objekt ist jedoch wenn, nur mit einem Segler vergleichbar.

Vlt liegts ja daran ;)
Netten Gruss

NG Z.

@Z.
Genau genommen wird die zusätzliche Beschleunigung (ab Windgeschwindigkeit des Objektes) ja durch die Energie sprich den Widerstand der vor ihm stehenden Luftmassen erzeugt.

Wie soll den Widerstand zusätzliche Beschleunigung erzeugen? Die Luft übt eine nach vorn gerichtete Kraft aud den Propeller aus, also Vortrieb nicht Widerstand.

@Z.
Würde der Rotor eigens erzeugte Energie in diese Luftmasse eintragen...

Ohne Angabe eines Bezugssystems, sind Aussagen über den Energiefluss zwischen Objekten bedeutungslos. Siehe 2 vorherige posts von mir.

@Z.
Es entsteht imo Unterdruck durch die vom Rückenwind indirekt beschleunigten Rotorblätter hinter diesen Blättern,

Nein. Es ist ein Propeller. Er erzeugt hinter den Blättern einen Überdruck, der ihn nach vorn triebt.

@nerdisch

nerdisch schrieb:Es entsteht imo Unterdruck durch die vom Rückenwind indirekt beschleunigten Rotorblätter hinter diesen Blättern,

srry war missverständlich.

Durch den Druck des Rückenwindes entsteht vor dem W-Rad Unterdruck, hinter den Blätter aus Windrichtung, da die Windenergie den Unterdruck erzeugt, nicht aber der Propeller der sich nur aufgrund der Radbewegungen des Objektes dreht.

Rest wie beschrieben. Der enstehende Sog saugt die Luft an, deren Flussgeschwindigkeit nun das Windrad ansaugt/umströmt (Starre Vebindung somit das ganze Objekt), das ist wie beim Segeln, nur kann es dort imo nicht so effektiv genutzt werden.

Wie soll den Widerstand* zusätzliche Beschleunigung erzeugen? Die Luft übt eine nach vorn gerichtete Kraft aud den Propeller aus, also Vortrieb nicht Widerstand.

Der Sog macht das, das Windrad ist der Widerstand², hinter dem Winrad/Widerstand bildet sich der Sog der die vordere Luftmassen ansaugt, gäbe es keinen Druckunterschied, auch keine weitere Beschleunigung. Deshalb² wird das WR ja über die Räder gekoppelt.

Widerstand* war in dem Falle auf den "Luftdruckbereich" mit höherem Druck bezogen, der in den genannten Unterdruckbereich einströmt. Dieser hat eine höhere Dichte/Energie, deshalb eigentlich ein Widerstand, wenn man ihn norm durchfährt, aus diesem wird die weitere Beschleunigungsenergie bezogen.

NG

@Z.
"Durch den Druck des Rückenwindes entsteht vor dem W-Rad Unterdruck"

Für die Interaktion zwischen Rotor und Luft ist nur der relative Wind relevant. Und der relative Wind ist kein Rückenwind, sondern ein Gegenwind von vorn.

@Z.
"da die Windenergie den Unterdruck erzeugt, nicht aber der Propeller der sich nur aufgrund der Radbewegungen des Objektes dreht."

Doch, der Propeller erzeugt den Unterdruck vor sich, weil er sich dreht und Luft nach hinten beschleunigt. Wenn er sich nicht drehen würde, dann würde ein Überdruck vor dem Rotor sein, der den Wagen bremst.

@Z.
"Der Sog macht das, das Windrad ist der Widerstand², hinter dem Winrad/Widerstand bildet sich der Sog der die vordere Luftmassen ansaugt"

Du versuchst hier Widerstand in Antrieb umzudefinieren. Wenn das funktionieren würden Autos nach anschieben von alleine weiterfahren: Unterdruck entsteht hinter Auto wegen Widerstand -> Sog saugt die vordere Luftmasse -> Fertig ist der Düsenantrieb aus dem Nichts. Ist natürlich Unsinn.

Nochmal: Wenn hinter dem Rotor ein Unterdruck wäre, würde das den Wagen bremsen, nicht antrieben.

@Z.

Die Missverständnisse würden verschwinden, wenn Du den Propeller eben als Propeller und nicht als Windrad sehen könntest. Und zwar als Propeller, er eben im scheinbaren Wind arbeitet.

Das Fahrzeug kann nur angetrieben werden, wenn der scheinbare Wind ungleich dem wahren Wind ist und dies ist nur der Fall, wenn der wahre Wind ungleich null ist, also nicht bei Windstille.

@ShortVisit
Das Fahrzeug kann nur angetrieben werden, wenn der scheinbare Wind ungleich dem wahren Wind ist und dies ist nur der Fall, wenn der wahre Wind ungleich null ist, also nicht bei Windstille.

Nein, wenn du dich bei Windstille bewegst dann ist der scheinbare Wind auch ungleich dem wahren Wind.

wahrer Wind : Luft-Geschwindigkeit relativ zum Boden
scheinbarer Wind : Luft-Geschwindigkeit relativ zum Wagen
Fahrtwind (oder induzierter Wind) : negierte Wagen-Geschwindigkeit relativ zum Boden

Vektoriell gilt:

scheinbarer Wind = wahrer Wind + Fahrtwind

Richtig müsste es also heissen:

Das Fahrzeug kann nur angetrieben werden, wenn der scheinbare Wind ungleich dem Fahrtwind ist, und dies ist nur der Fall, wenn der wahre Wind ungleich null ist, also nicht bei Windstille

@nerdisch

Du hast natürlich recht, danke für die Korrektur :)

@nerdisch
Guten Morgen...
Danke für die Erklärungen.
Nu muss ich doch nochmal nachschauen wie sich die Sache verhält.
Ich melde mich gegen Abend nochmal ausführlicher..
NG Z.

@nerdisch
Na dann versuch ichs nochmal...

Kurz: Nochmal, ohne vorderen Luftwiderstand könnte sich das Objekt nicht schneller als der Wind bewegen.

Z. schrieb:Wie soll den Widerstand zusätzliche Beschleunigung erzeugen? Die Luft übt eine nach vorn gerichtete Kraft aud den Propeller aus, also Vortrieb nicht Widerstand.

Wenn kein Widerstand* da wäre könnte selbst ein motorgetriebener Propeller das Objekt nicht nach vorne bewegen! ;)

Durch den Druck des Rückenwindes entsteht vor dem W-Rad Unterdruck.

nerdisch schrieb:Für die Interaktion zwischen Rotor und Luft ist nur der relative Wind relevant. Und der relative Wind ist kein Rückenwind, sondern ein Gegenwind von vorn.

Das ändert nichts an meiner Aussage. Es entsteht Unterdruck auf Rücken-Wind abgewandter Seite beim Anfahren und zunehmend bei höheren Gesw. "Dabei ist vollkommen klar, das sich der Propeller mit zunehmender Gesw. schneller dreht (s. Radübersetzung), und einen Einfluss auf die Gesw. und den Unterdruck vor ihm hat."

"da die Windenergie den Unterdruck erzeugt, nicht aber der Propeller der sich nur aufgrund der Radbewegungen des Objektes dreht."

nerdisch schrieb:Doch, der Propeller erzeugt den Unterdruck vor sich, weil er sich dreht und Luft nach hinten beschleunigt. Wenn er sich nicht drehen würde, dann würde ein Überdruck vor dem Rotor sein, der den Wagen bremst.

Die einzige beschleunigende Energie die hier im Spiel ist apriori die Windenergie und später die der vorderen Lufmassen, die Energieabgabe des Propellers ist insofern nebensächlich, da dieser jegliche Energie indirekt und ausschliesslich über die W-Energie erhält. Zudem erzeugt der Propeller bereits vor anrollen Unterdruck vor seinen Blättern. !Widerstand! "Dabei ist vollkommen klar, das sich der Propeller mit zunehmender Gesw. schneller dreht (s. Radübersetzung) und einen Einfluss auf die Gesw. und den Unterdruck vor ihm hat."

Der Sog macht das, das Windrad ist der Widerstand², hinter dem Winrad/Widerstand bildet sich der Sog der die vordere Luftmassen ansaugt"

nerdisch schrieb:Du versuchst hier Widerstand in Antrieb umzudefinieren*. **Wenn das funktionieren würden Autos nach anschieben von alleine weiterfahren: Unterdruck entsteht hinter Auto wegen Widerstand -> Sog saugt die vordere Luftmasse -> Fertig ist der Düsenantrieb aus dem Nichts. Ist natürlich Unsinn.

(s. Oben) * Nein du versuchst einen Antrieb ohne Widerstand herzudefinieren ;)
Ein Auto kann ohne Rollwiderstand nicht beschleunigen, genauso wie ein Flugzeug ohne Luftwiderstand nicht fliegen kann! Und Unsinn sind in dem Falle, mit Verlaub, nur die darauf folgenden Herleitungen**, die nicht von mir sind

Etwas weiter vorne:

nerdisch schrieb: Daher glaube ich nicht das man in Fluidmechanik (Druck-Energie usw.) eintauchen muss, um hier die Energie-Bilanz zu erklären. Aber jeder hat ja seine eigene Vorlieben, was Erklärungen angeht.

Mir ist schon klar das deine Aussagen apriori vom Impulssatz Leben, da in deinem Falle, anscheinend nur der Propeller über seine Schaufelbewegung entsprechenden Impuls erzeugt.
Dennoch ist imo in unserem Fall hier, die Fluiddynamik wichtiger... das nur sie, in diesem spezifischen Fall, die gesamte Energie liefert. Windkraft. Die daraus entstehende Dynamik, die aus Windkraft und dem Widerstand der durchfahrenen Luft resultiert und ihre Energie bezieht, unterscheidet sich aber maßgeblich von Motor getriebenen**** Propeller-Objekten, für deren Effizienz und Wirkungsweise, der Impulssatz vor Fluiddynamik zum tragen käme. Darauf**** habe ich übrigens schon hingewiesen. (Was man nun auch wieder ummodeln könnte, von wegen Propeller ohne positiv Fluiddynamische Eigenschaften und so... ;) )


Wir haben es hier mit 2 Phasen der Beschleunigung zu tun.

A. Einmal bildet der Rotor einen Widerstand,..... bis er auf Windgeschwindigkeit beschleunigt.
Siehe Teile erster Post.

Um das Objekt in Bewegung zu bekommen, drückt der Rückenwind hauptsächlich auf das Windrad............ Die Schubkraft des Rückenwindes auf das Windrad, bringt das Objekt zum Anrollen.
(Da das Windrad* mit den Rädern über einen starren Mechanismus gekoppelt* scheint, bewegt es* sich nur wenn das Objekt Fahrt aufnimmt, es wird also nur "indirekt" über den Rückenwind in "DREH-Bewegung versetzt)

Süddeutsche...

Der langsam anlaufende Propeller erzeugt in dieser Phase zwar schon etwas Vortrieb, wird aber gebremst, weil ihn der Rückenwind eigentlich anders herum drehen möchte. Dieser Widerstand hört auf, sobald das Auto die kritische Geschwindigkeit des Windes überschreitet.

Wikki Rotorsegler..

direkt gegen den Wind als auch direkt vor dem Wind schneller als der Wind fahren. Während der Rotor in beiden Fällen bremsend auf den wahren Wind einwirkt, unterscheidet sich die Richtung des Leistungsflusses zu bzw. von den Rädern ...

B. Ensteht vor dem Rotor Unterdruck, anfangs schon beim stehen, da er einen Widerstand² zum Rückenwind bildet (siehe auch Segel), der² das Objekt überhaupt erst anschiebt, vermehrt wenn er durch Rotation den Flächenwiderstand zum Rückenwind erhöht, und natürlich auch wenn dieser Übergangs verstärkt von den Rädern beschleunigt wird und sich somit, der von Anfang an entstehende Unterdruck, vor dem Propeller stetig verstärkt. Ich hoffe nun das langsam klar wird das der "Impuls".... immer nur von Wind ausgeht, und der Propeller apriori in dem Falle in Fluiddynamische-Prozesse eingebunden ist, weil die Impuls-Energie nur von Wind- und Luft-Druck aufgebracht wird.
Sag mal kennen wir uns?

Netten Gruss
und bitte nehm mich nicht zu sehr auseinander, norm beschäftige ich mich kaum mit Segeln oder Winddynamiken. Wahrer Wind, scheinbarer Wind.. vom Winde verweht würde ich sagen. ;)
Als dann

@Z.
Ich glaube wir benutzen die Begriffe nur unterschiedlich, daher zur klarstellung:

Mit "vor dem Rotor" meine ich in Fahrtrichtung vom Rotor: Dort gibt es eine Unterdruck
Mit "hinter dem Rotor" meine ich gegen die Fahrtrichtung vom Rotor: Dort gibt es einen Überdruck

Mit "vortrieb" meine ich eine Kraft in Fahrtrichtung.
Mit "widerstand" meine ich eine Kraft gegen die Fahrtrichtung.

Ich habe vorher auch immer ausdrücklich von der Phase bei/oberhalb Windgeschwindigkeit gesprochen.

Was die Anfangsphase unterhalb Windgeschwindigkeit angeht: Man kann natürlich die intialle Schubkraft von der Luft als "Widerstand" bezeichnen. Aber das führt nur zu Verwirrung, denn diese Kraft leistet Vortrieb und geht während der Beschleunigung nahtlos in Schub der Propellers über. Physikalisch macht es keinen Sinn die Vorwärtskraft auf den Propeller in "Widerstand" und "Schub" aufzuteilen. Wie willst du das quantitativ machen?

Was den SZ Artikel angeht, dort steht ziemlicher Unsinn:

sobald das Auto die kritische Geschwindigkeit des Windes überschreitet. Nun erzeugt das Windrad nicht nur Vortrieb, der entstehende Fahrtwind unterstützt sogar seine Drehung.

Abgesehen davon dass sie Fahrtwind und scheinbaren Wind verwechseln, wirkt das
aerodynamische Drehmoment immer gegen die Rotationsrichtung, und unterstützt nie die Drehung.

Was deine Energie Betrachtungen angeht. Du machst es dir viel zu kompliziert. "Windenergie" und "energie der Lufmassen" ist das gleiche.

@Z.
"Ein Auto kann ohne Rollwiderstand nicht beschleunigen,"

Das ist übrigens quatsch. Du verwechselst wohl Rollwiderstand mit Haftreibung/Gleitreibung. Liest mal das hier:

http://www.leifiphysik.de/web_ph09/umwelt_technik/03fahrwiderstand/fahrwiderstand.htm (Archiv-Version vom 15.10.2011)

@nerdisch

nerdisch schrieb:Was deine Energie Betrachtungen angeht. Du machst es dir viel zu kompliziert. "Windenergie" und "energie der Lufmassen" ist das gleiche.

Na ja wenn du es so willst....

nerdisch schrieb:Das ist übrigens quatsch. Du verwechselst wohl Rollwiderstand mit Haftreibung/Gleitreibung. Liest mal das hier:

Na das war im Laufe des Gefechtes formuliert, ist nicht leicht für mich den recht komplizierten Zusammenhang darzustellen. Die erste Post war einfach spontan formuliert und dank der Unstimmigkeiten, die nun imo beseitigt sind, ist es allg. klarer was abläuft.

Wichtig war mir den Sog darzustellen der aufgrund der Windenergie von Anfang an entsteht... und das Gefährt letztendlich über WEnergie beschleunigt, zudem das ganze aus fluiddynamischer Richtung zu betrachten. Wobei bei einem motorgetriebenen Prop, der Impulsatz eher Sinn macht.

Danke für deine Bemühungen ;)
NG