Magnuseffekt (Kugel im Wasser)

Kurzbeschreibung

Über einem Behälter mit Wasser wird eine Rampe so angebracht, dass ihr Ende in etwa in der Mitte des Behälters über der Wasseroberfläche liegt. Über diese Rampe werden Kugeln ins Wasser laufen gelassen. Läuft eine Kugel die Rampe hinunter, trifft sie nach kurzer Zeit auf der Wasseroberfläche auf und durchläuft im Wasser eine nach hinten gekrümmte Bahn. (Am besten lässt sich dieser Versuch mit kleinen Kugeln durchführen, da diese aufgrund der geringeren Masse im Wasser eine größere Beschleunigung erfahren.)

physikalische Erklärung

Durch das Herabrollen erfährt die Kugel eine Rotation im Uhrzeigersinn. Aus Sicht der Kugel strömt das Wasser links und rechts nach oben vorbei. Durch die Rotation streichen im Wasser die rechts von der Kugel liegenden Wassermoleküle langsamer vorbei, als links. Denn rechts von der Kugel ist die Rotation der Kugel der Strömungsrichtung entgegengesetzt und die Wassermoleküle werden von der Drehung der Kugel mitgerissen und werden relativ zur Kugel langsamer. Links von der Kugel wird hingegen die Strömungsgeschwindigkeit durch die Rotation der Kugel noch erhöht.
Somit ist v₁ > v_r.
Nun folgt nach der Bernoulligleichung
                     1/2 ρv²+P_stat=P_ges = const

P_stat=P_ges = - 1/2 ρv²
P_stat,r=P_ges = - 1/2 ρv_r²
P_stat,l=P_ges = - 1/2 ρv_l²

Somit ist
                     ΔP=P_stat,r-P_stat,l=1/2 ρ(v_l²-v_r² )>0

Da v_l > v_r
Also erfährt die Kugel eine Kraft nach hinten.

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