Gibt es eine theoretische Grenze für die Energie, die ein Flugzeug für eine bestimmte Strecke mindestens benötigt - egal, wieviel technischer Fortschritt noch dazu kommt?
Es soll sich natürlich um ein echtes Flugzeug handeln, nicht um ein Luftschiff, das den Auftrieb durch Helium o.ä. erreicht.
Außerdem bezieht sich die Frage auf Windstille.
ganz konkret: Wieviel Energie benötigt man dafür, eine Person von 70 kg 100 km weit mit einem Flugzeug zu befördern, wenn man das beste Flugzeug hätte, das theoretisch möglich ist.
2006-09-19 21:09:04 · 7 antworten · gefragt von Captain Stragan 5 in Wissenschaft & Mathematik ➔ Physik
Antwort: Theoretische untere Grenze für Deine Angaben liegt bei ca. 500 kJ, das ist etwa so viel wie mit dem Fahrrad.
Weil der Muskel aber einen Wirkungsgrad von nur 25% hat, verbraucht ein Mensch / Tier ca. 2000 kJ, das entspricht etwa dem Energieinhalt von 120g Zucker oder 50g Fett.
Ausser Windstille forderst Du wahrscheinlich auch fehlende Thermik (aufsteigende warme Luft).
Die Überlegung geht dann wohl so:
a) Gewicht: Die theoretische Grenze ist wohl, Gewicht des Flugapparates vernachlässigbar gegen Gewicht des Piloten
b) Auftrieb: Optimale Form der Tragflächen, so dass der erforderliche Auftrieb (=Gewicht) bei minimaler Geschwindigkeit erreicht wird (schätze so 30 km/h)
c) Luftwiderstand: Dank optimaler Formgebung (niedriger Cw-Wert) und niedriger Geschwindigkeit minimiert
Insgesamt sollten ca. 50 Watt reichen, wenn alles optimiert ist. Aktuell sind es ca. 200 Watt (siehe Vorantwort von cyberflai...).
Also 50 Watt und 100 km bei 30 km/h. Die Reise dauert also gute 3 Stunden = ca. 10.000 Sekunden (abgerundet zum leichteren Kopfrechnen)
Energie = Leistung x Zeit = 50 Watt x 10.000 s = 500.000 Joule
Ergänzung
Mir ist noch was eingefallen:
Ein grosser Vogel (Geier), der bei Windstille fliegt, kommt diesen Bedingungen wahrscheinlich nahe. Wenn er 70 kg wiegen würde, würde er ca. 50 Watt an Leistung verbrauchen.
Allerdings ist das Flugprinzip der Vögel für so hohes Körpergewicht nicht geeignet. Deswegen sind Condor, Storch etc. die schwersten flugfähigen Vögel
2006-09-19 21:28:06 · answer #1 · answered by Anonymous · 2⤊ 0⤋
Wenn Du neben der Windstille auch davon ausgehst, dass es keine Thermik (Aufwinde) und keine störenden Gebirge/Hügel gibt, hätte ich einen Vorschlag:
Die allerbesten Segelflieger erreichen etwa einen Gleitfaktor von 20 (Strecke geteilt durch Höhenverlust). Für eine Strecke von 100km musst Du also bei einer Höhe von 5km (über Zielebene) beginnen.
Beispielsweise kannst Du berechnen, wieviel Energie es kostet, Mensch plus Segelflieger auf einen 5000m höheren Berg zu bringen. Oder noch praktischer den Spritverbrauch eines etwa 15minütigen Flugs mit einem Schleppflugzeug berechnen, um den Segelflieger auf die notwendige Höhe zu bringen.
Natürlich gibt es auch sehr effiziente Motorflugzeuge mit hohem Gleitfaktor - aber da hier der Motor länger läuft und der Gleitfaktor des Flugzeugs tiefer ist, kommst Du im Endeffekt wohl nicht günstiger weg als in der Lösung oben.
2006-09-22 10:41:12 · answer #2 · answered by swissnick 7 · 1⤊ 0⤋
die Leistung die dieser Mensch durch treten in die Pedale aufbringen kann, es gab diesen Flug bereits:
Der amerikanische "Michelob Light Eagle" war einer der Versuchsträger für den "Daedalus", der 1988 symbolisch den Flug von Daedalus und Ikarus wiederholte. Dabei flog er 117 km von Kreta nach Santorin.
Gruß aus der Eifel
Steffen
2006-09-19 21:21:07 · answer #3 · answered by Steffen 5 · 1⤊ 0⤋
Da Du ja nichts über Höhe und Ort gesagt hast, wäre ein Flugzueg auf der Höhe der ISS mit dem Nieser einer Fliege oder dem Lichtstrahl einer Taschenlampe schon vorwärts zu bewegen.
Da Du nichts über die Geschwindigkeit vor dem Beginn der 100 km gesagt hast, wäre bei einer Geschwindigkeit, die der Fluchtgeschwindigkeit entspricht (hier "fällt" das Flugzeug zwar, weil es ohne Antrieb ist, aber da die Geschwindigkeit schon so gross ist und die Erde gekrümmt, fällt das Flugzeug ohen Energieverbrauch um die Erde herum. Solche "Flugzeuge" gibt es schon. Man nennt sie Satelliten.
Selbstredend sind die Flügel dem technischen Fortschritt zum Opfer gefallen.
2006-09-26 08:34:05 · answer #4 · answered by Klaus G 4 · 0⤊ 0⤋
mit einem segelflieger benötigst du am wenigsten energie.
Radioz
2006-09-20 06:11:32 · answer #5 · answered by radioz_91 2 · 0⤊ 0⤋
Noch ein Punkt gilt es bei dieser Frage zu beachten: Nämlich wo man fliegt.
Je tiefer ein Flugzeug fliegt, desto "dicker" die Luft, desto höher der Widerstand und folglich wird auch mehr Energie verbraucht.
Den Geringsten Verbrauch hätte ein Flugzeug, dass sich außerhalb der Atmosphäre bewegen würde. Nebst der Energie die für die anfängliche Beschleunigung gebraucht wurde, wäre keine weitere mehr nötig. Das ist übrigens ein alter Forschertraum und es gibt Pläne für Langstreckenflugzeuge die dieses Prinzip nutzen sollen...
2006-09-19 21:32:52 · answer #6 · answered by Anonymous · 0⤊ 0⤋
Denke mit einem Segelflugzeug benötigt man die geringste Energie !
2006-09-19 21:26:12 · answer #7 · answered by dominus 3 · 0⤊ 0⤋