Luftwiderstands

Luftwiderstand, meist als Drag bezeichnet, ist eine Widerstandskraft, die der Bewegung eines Körpers durch Luft entgegenwirkt. Sie entsteht durch den Impulstransfer an die Luftmoleküle und wird letztlich als Wärme in der umgebenden Luft abgeführt.

In der Technik wird der Luftwiderstand oft durch die Gleichung F_d = 0,5 · ρ · v² · C_D · A beschrieben. Dabei ist ρ die Luftdichte, v die relative Geschwindigkeit zum Luftstrom, A die Querschnittsfläche des Körpers und C_D der dimensionale Widerstandskoeffizient, der die Form, Rauheit und Strömungsregime berücksichtigt. In sehr kleinen Skalierungen oder bei laminarem Creeping-Flow gilt häufig Stokes’ Gesetz, wonach der Widerstand proportional zur Geschwindigkeit ist. In der Praxis hängt C_D stark vom Reynolds-Zahlbereich ab und wird empirisch oder durch numerische Strömungssimulationen bestimmt.

Der Luftwiderstand nimmt in der Regel mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu, variiert aber auch mit Luftdichte, Temperatur, Sättigung und Oberflächenbeschaffenheit. Die Luftdichte sinkt mit Höhe, was den Widerstand beeinflusst. Gleichzeitig führt der Widerstand dazu, dass sich eine maximale Fallgeschwindigkeit (Terminalgeschwindigkeit) einstellt, bei der der angetriebene oder gravitative Antrieb dem Drag entspricht.

Auswirkungen finden sich in Fahrzeug- und Luftfahrtdesign, wo Aerodynamik zur Reduktion von Verluste und zum Energieeinsatz optimiert wird. Gleichzeitig wird gezielt Luftwiderstand genutzt, etwa bei Fallschirmen oder Segeln, um kontrollierte Brems- oder Antriebswirkungen zu erzeugen. Messungen und Modelle, einschließlich Windtunnelversuchen und Computational Fluid Dynamics, liefern die Drag-Koeffizienten für verschiedene Formen und Einsatzbedingungen.