Was ist Ähnlichkeit?

Ähnlichkeit ist der Standard, der verwendet wird, um zu messen, wie genau ein bestimmtes Modell reale Bedingungen darstellt. Ein Modell hat Ähnlichkeit, wenn es die drei Grundvoraussetzungen der geometrischen, kinetischen und dynamischen Gleichheit erfüllt. Wenn diese drei Parameter mit denen des modellierten Systems übereinstimmen, hat das Modell Ähnlichkeit. Das Konzept wird am häufigsten in der Wasser- und Luft- und Raumfahrttechnik verwendet.

In der Technik werden Modelle von Systemen verwendet, um darzustellen, wie sich das System unter bestimmten Bedingungen verhält. Das Modell kann entweder viel kleiner sein als das reale System, beispielsweise ein Modell eines Wasserkraftwerks, oder viel größer, wie ein Modell eines Nanobots. Der Zweck des Modells besteht darin, es Ingenieuren zu ermöglichen, das System zu testen, ohne ein vollständiges System zu bauen, was sowohl teuer als auch arbeitsintensiv sein kann. Um von Nutzen zu sein, muss sich dieses Modell genau so verhalten, wie es das tatsächliche Größensystem tun würde.

Ingenieure verwenden drei Kriterien, um die Genauigkeit eines Modells zu messen. Geometrische Ähnlichkeit bezieht sich auf die Form des Modells. Alle seine Linien, Kurven und Winkel sollten in einem bestimmten Verhältnis kleiner oder größer als das tatsächliche System sein. Wenn ein Ingenieur beispielsweise ein Modell eines Damms im Maßstab 1:72 baut, kann nicht jedes der Schleusentore im Maßstab 1:55 sein, da dies die beteiligte Physik falsch darstellt.

Der zweite Ähnlichkeitstest ist die kinematische Ähnlichkeit. Das bedeutet, dass sich die Flüssigkeit oder Luft, die sich um und durch das Modell bewegt, genauso bewegen muss, wie sie sich durch und um das maßstabsgetreue System herum bewegen würde. Der Fokus liegt darauf, die Bewegung nachzubilden, ohne sich über die Auswirkungen der Bewegung Gedanken zu machen.

Schließlich muss ein Modell dynamische Ähnlichkeit aufweisen. Hier beschäftigt sich der Ingenieur mit Kräften. Die auf das Modell wirkenden Kräfte müssen skalierte Versionen der Kräfte sein, die auf die maßstabsgetreue Version wirken würden. Der Wasserdruck, der auf den Damm im Maßstab 1:72 wirkt, muss also ein Verhältnis von 1:72 zum Druck sein, der auf den Damm in voller Größe wirkt.

Es ist nicht immer möglich, eine absolute Ähnlichkeit mit einem Modell zu erreichen. Je komplexer die Kräfte, die auf ein System wirken, desto schwieriger ist es, dieses System zu modellieren, insbesondere wenn die Originalversion mehreren Bedingungen gleichzeitig unterliegt. Ingenieure können dieses Problem manchmal überwinden, indem sie mehrere Modelle erstellen, von denen jedes einen bestimmten Aspekt der maßstabsgetreuen Version testen und dann die Ergebnisse kombinieren soll.