Luftreibung

Luftreibung, oft als Luftwiderstand bezeichnet, ist die dem Vorwärtstreiben eines Körpers durch die Luft entgegenwirkende Kraft. Sie entsteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Formwiderstand (Druckunterschiede um das Objekt) und dem Hautreibungswiderstand (Reibung in der Grenzschicht). In vielen Fällen dominiert der Formwiderstand, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten oder grob geformten Körpern. Für Strömungen mit höheren Reynoldszahlen gilt annähernd F_d = ½ ρ C_d A v^2, wobei ρ die Luftdichte, A die Angriffsfläche, v die Geschwindigkeit und C_d der dimensionslose Widerstandskoeffizient ist. Auf Meereshöhe beträgt ρ ca. 1,225 kg/m^3.

Der Luftwiderstand hängt stark von den Strömungsbedingungen ab. Bei sehr kleinen Objekten oder langsamen Bewegungen kann das Stokessche Gesetz gelten: F_d = 6 π μ r v. Der Widerstandskoeffizient C_d hängt von Form, Oberflächenbeschaffenheit, Reynolds-Zahl und Strömungszustand ab; stromlinienförmige Körper mit glatter Oberfläche weisen typischerweise niedrigere C_d auf. Die Geschwindigkeit beeinflusst den Widerstand quadratisch, während Luftdichte, Viskosität und Auftriebszustand weitere Rolle spielen.

Anwendungen: Luftreibung beeinflusst Reichweite, Energieverbrauch und Höchstgeschwindigkeit von Fahrzeugen und Flugzeugen und ist ein zentrales Thema der Aerodynamik. In der Luftfahrt wird zwischen parasitärem Widerstand (Form- bzw. Profilwiderstand) und induziertem Widerstand unterschieden; ersterer entsteht durch die Form, letzterer durch Auftrieb. Durch Formoptimierung, glatte Oberflächen, Verringerung der Angriffsfläche oder Optimierung der Strömung lässt sich Luftreibung reduzieren. Zur Berechnung dienen F_d = C_d A ½ ρ v^2.