Was ist der Bernoulli-Effekt?

Der Bernoulli-Effekt oder das Bernoulli-Prinzip oder das Bernoulli-Gesetz ist eine Aussage über die Beziehung zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Druck in einem Flüssigkeitssystem; im Wesentlichen nimmt der Druck ab, wenn die Geschwindigkeit der horizontalen Strömung durch eine Flüssigkeit zunimmt. Dieser Effekt und das Prinzip, das dies formal ausdrückt, wurden von dem renommierten Mathematiker Daniel Bernoulli entdeckt, der seine Formulierung erstmals 1738 veröffentlichte. Da sich das Wort „Fluid“ in der Physik auf das Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen wie Luft bezieht, der Bernoulli-Effekt kann sowohl in hydrodynamischen oder flüssigen Systemen als auch in aerodynamischen oder gasförmigen Systemen beobachtet werden.

Ein gängiges Beispiel zur Erklärung des Bernoulli-Effekts ist der Flüssigkeitsfluss durch ein Rohr. Wenn sich die Flüssigkeit gleichmäßig durch das Rohr bewegt, wirken auf die Flüssigkeit nur das Eigengewicht und der Druck der Flüssigkeit selbst. Wenn sich nun das Rohr verengt, muss die Flüssigkeit schneller werden, da die gleiche Flüssigkeitsmenge durch einen kleineren Raum fließt. Wenn sich die Flüssigkeit jedoch gleichmäßig bewegt und sich das Gewicht nicht geändert hat, kann sich die Flüssigkeit nur dann schneller bewegen, wenn der Druck hinter der Flüssigkeit größer ist als der Druck vorn. Daher muss der Druck mit zunehmender Geschwindigkeit abnehmen.

Da Luft als Flüssigkeit betrachtet werden kann (in der Physik gilt alles, was strömt, als Flüssigkeit), wird der Bernoulli-Effekt häufig bei der Modellierung aerodynamischer Systeme verwendet. Rennwagen nutzen den Bernoulli-Effekt, um sie bei hohen Geschwindigkeiten auf der Straße zu halten; Durch die Verwendung einer Heckflosse, die so abgewinkelt ist, dass der Luftdruck über der Flosse höher ist als darunter, wird das Auto im Wesentlichen durch den atmosphärischen Druck gedrückt. Dies hält das Auto auf der Straße, indem es „Drift“ negiert und dem Fahrer mehr Kontrolle und Sicherheit ermöglicht. Flugzeuge nutzen den Bernoulli-Effekt in umgekehrter Weise, um Auftrieb zu erzeugen. Andere gängige, reale Anwendungen des Bernoulli-Effekts sind Vergaser, die den Effekt anwenden, um Luft und Kraftstoff anzusaugen und zu mischen, und Segelschiffe, die sowohl aus dem Wind als auch aus dem Druckunterschied nach Bernoulli-Prinzip Vortrieb erzeugen können.

Obwohl es verschiedene Formulierungen der Bernoulli-Gleichung gibt, die eine formale mathematische Aussage des Prinzips ist, kann der Bernoulli-Effekt in jedem Systemtyp beobachtet werden, den die Formulierungen beschreiben. Jede Formulierung beschreibt einen anderen Satz von Fluideigenschaften – inkompressible Strömung, instationäre potenzielle Strömung usw. – aber der Bernoulli-Effekt ist im Allgemeinen in jedem System beobachtbar. Es gibt jedoch bestimmte Fälle, in denen das Prinzip ungültig ist, und in diesen Fällen ist die Wirkung auch so.