Die Wirkung von Magnus ist das Phänomen, wodurch ein spinnender Gegenstand, der in einer Flüssigkeit fliegt, ein Massagebad von Flüssigkeit um sich schafft, und eine Kraft-Senkrechte zur Linie der Bewegung erfährt. Das gesamte Verhalten ist dem um eine Tragfläche ähnlich (sieh Liftkraft) mit einem Umlauf, der durch die mechanische Folge, aber nicht durch die Tragfläche-Handlung erzeugt wird.. Die Wirkung von Magnus ist ein spezieller Fall des Grundsatzes von Bernoulli, der feststellt, dass, innerhalb eines Gebiets einer bewegenden Flüssigkeit, die Zunahme in der Geschwindigkeit durch eine Abnahme im Druck begleitet wird.

In vielen Ball-Sportarten ist die Wirkung von Magnus für die gekrümmte Bewegung eines spinnenden Balls verantwortlich. Die Wirkung betrifft auch spinnende Raketen, und wird in Rotor-Schiffen und Flugzeugen von Flettner verwendet.

Geschichte

Deutscher Physiker Heinrich Magnus hat die Wirkung 1852 beschrieben. Jedoch, 1672, hatte Isaac Newton es beschrieben und richtig die Ursache nach dem Beobachten von Tennisspielern in seiner Universität von Cambridge abgeleitet. 1742 hat Benjamin Robins, ein britischer Artillerie-Ingenieur, Abweichungen in den Schussbahnen von Muskete-Bällen in Bezug auf die Wirkung von Magnus erklärt.

Grundsatz

Wenn ein Körper (wie ein Bereich oder kreisförmiger Zylinder) in einer klebrigen Flüssigkeit spinnt, schafft es eine Grenzschicht um sich, und die Grenzschicht veranlasst eine weit verbreitetere kreisförmige Bewegung der Flüssigkeit. Wenn sich der Körper durch die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit V bewegt, ist die Geschwindigkeit der dünnen Schicht von Flüssigkeit in der Nähe vom Körper wenig weniger als V auf der Vorwärtsbewegendseite und ein wenig größer als V auf der rückwärts bewegenden Seite. Das ist, weil die veranlasste Geschwindigkeit wegen der Grenzschicht, die den spinnenden Körper umgibt, von V auf der Vorwärtsbewegendseite abgezogen, und zu V auf der rückwärts bewegenden Seite hinzugefügt wird. Wenn der spinnende Körper als eine ineffiziente Luftpumpe betrachtet wird, wird sich Luft auf der Vorwärtsbewegendseite entwickeln, die höheren Druck dort verursacht als auf der Gegenseite. Eine andere Erklärung der Wirkung von Magnus besteht darin, da es weniger (fortgeschrittene) Beschleunigung von Luft auf der Vorwärtsbewegendseite gibt als die rückwärts bewegende Seite, gibt es mehr Druck auf die Vorwärtsbewegendseite, auf einen rechtwinkligen Bestandteil der Kraft von der Luft zur rückwärts bewegenden Seite hinauslaufend. Diese Schicht von spinnender Luft ist jedoch sehr dünn, und es ist wahrscheinlicher, dass der grösste Teil der Wirkung von Magnus wegen des früheren Abstands des Luftstroms auf der Vorwärtsbewegendseite ist, die auf eine Ablenkung des Flusses (Beschleunigung von Luft) mit einem rechtwinkligen Bestandteil zur Vorwärtsbewegendseite hinausläuft, mit einer gegenüberliegenden aerodynamischen Kraft mit einem rechtwinkligen Bestandteil zur rückwärts bewegenden Seite koexistierend.

Berechnung der Kraft von Magnus

In Anbetracht des winkeligen Geschwindigkeitsvektoren und der Geschwindigkeit des Gegenstands kann die resultierende Kraft mit der folgenden Formel berechnet werden:

\vec {F_M} = S (\vec {\\Omega }\\times\vec {v})

</Mathematik>

wo vom Durchschnitt des Luftwiderstand-Koeffizienten über die Oberfläche des Gegenstands abhängig ist. Das Anzeigen des Vektor-Kreuzproduktes.

Ein Beispiel des Drehungsballs in der Luft

Die folgende Gleichung demonstriert die Liftkraft, die auf einem Ball veranlasst ist, der entlang einer Achse der Folge-Senkrechte zur Richtung seiner Übersetzungsbewegung spinnt:

:

: F = Heben zwingen

: = Dichte der Flüssigkeit

: r = Radius des Balls

: v = Geschwindigkeit des Balls

: = Querschnittsfläche des Balls

: C = heben Koeffizienten

Der Liftkoeffizient C kann von Graphen von experimentellen Angaben mit Zahlen von Reynolds und Drehungsverhältnissen bestimmt werden. Für einen glatten Ball mit dem Drehungsverhältnis 0.5 zu 4.5 erstrecken sich typische Liftkoeffizienten von 0.2 bis 0.6.

Im Sport

Die Wirkung von Magnus erklärt allgemein beobachtete Abweichungen von den typischen Schussbahnen oder Pfaden von spinnenden Bällen im Sport, namentlich Vereinigungsfußball (Fußball), Tischtennis, Tennis, Volleyball, Golf, Baseball, Kricket und in paintball Anschreiber-Bällen.

Der gekrümmte Pfad eines Golfballs, der als Scheibe oder Haken bekannt ist, ist größtenteils zur spinnenden Bewegung des Balls (über seine vertikale Achse) und die Wirkung von Magnus erwartet, eine horizontale Kraft verursachend, die den Ball von einem linearen in seiner Schussbahn bewegt. Zurückdrehung (obere Oberfläche, die umgekehrt von der Richtung der Bewegung rotiert) auf einem Golfball, verursacht eine vertikale Kraft, die der Kraft des Ernstes ein bisschen entgegenwirkt, und dem Ball ermöglicht, Bord-ein wenig länger zu bleiben, als es würde, waren der Ball, der nicht spinnt: Das erlaubt dem Ball, weiter zu reisen, als ein Nichtdrehen (über seine horizontale Achse) Ball.

Manchmal wird Tischtennis mit der Wirkung von Magnus gespielt.

Im Tischtennis wird die Wirkung von Magnus wegen der kleinen niedrigen und Massendichte des Balls leicht beobachtet. Ein erfahrener Spieler kann ein großes Angebot an Drehungen auf dem Ball legen. Tischtennis-Schläger ließen gewöhnlich eine Oberfläche Gummis machen, um den Schläger-Maximum-Griff auf dem Ball zu geben, eine Drehung zu geben.

Die Wirkung von Magnus ist für die Bewegung des im Schwingen-Bowling gesehenen Kricket-Balls nicht verantwortlich, obwohl es wirklich zur Bewegung beiträgt, die als Antrieb im Drehungsbowling bekannt ist.

In airsoft ein bekanntes System weil wird Sprung verwendet, um eine Zurückdrehung auf einem angezündeten BB zu schaffen, der seine Reihe, mit der Wirkung von Magnus auf eine ähnliche Weise als im Golf außerordentlich vergrößern wird.

Im Baseball beeinflusst die Drehung eines Baseballs von einem Wurf die Luft, die durch einen Ball läuft, niedrigen Luftdruck auf einer Seite des Balls schaffend; der Ball wird dazu neigen, sich zur Richtung der Unterdruckseite des Balls zu biegen.

Die Wirkung von Magnus kann eine Hindernis für einen Sport-Spieler sein, wenn sie nicht vorausgesehen wird. Zum Beispiel kann ein Anfänger-Golf-Spieler vorhaben, einen geraden Schuss zu schlagen, aber zu scheitern, so wegen des nicht Vorwegnehmens der Effekten eines spinnenden Balls in Luft zu tun. Erfahrene Spieler können jedoch die Gewalt von Magnus anwenden, um absichtliche Ergebnisse zu erhalten.

In der Außenballistik

Die Wirkung von Magnus kann auch in der fortgeschrittenen Außenballistik gefunden werden. Erstens ist eine spinnende Kugel im Flug häufig einem Seitenwind unterworfen, der als blasend entweder vom links oder das Recht vereinfacht werden kann. Zusätzlich dazu sogar in völlig ruhiger Luft erfährt eine Kugel einen kleinen seitlichen Windbestandteil wegen seiner gierenden Bewegung. Diese gierende Bewegung entlang der Flugroute der Kugel bedeutet, dass die Nase der Kugel in einer ein bisschen verschiedenen Richtung von der Richtung hinweist, in der die Kugel reist. Mit anderen Worten "rutscht" die Kugel seitwärts in jedem gegebenen Moment, und so erfährt es einen kleinen seitlichen Windbestandteil zusätzlich zu jedem Seitenwind-Bestandteil.

Der vereinigte seitliche Windbestandteil dieser zwei Effekten veranlasst eine Kraft von Magnus, der Kugel zu folgen, die sowohl auf der Richtung rechtwinklig ist, die die Kugel anspitzt als auch der vereinigte seitliche Wind. In einem sehr einfachen Fall, wo wir verschiedene Komplizieren-Faktoren ignorieren, würde die Kraft von Magnus vom Seitenwind eine nach oben gerichtete oder Kraft nach unten veranlassen, der spinnenden Kugel (abhängig von verlassenem oder richtigem Wind und Folge) zu folgen, eine erkennbare Ablenkung in der Flugroute der Kugel oder unten verursachend, so den Punkt des Einflusses ändernd.

Insgesamt ist die Wirkung der Kraft von Magnus auf einer Flugroute einer Kugel selbst gewöhnlich im Vergleich zu anderen Kräften wie aerodynamische Schinderei unbedeutend. Jedoch betrifft es außerordentlich die Stabilität der Kugel, die der Reihe nach den Betrag der Schinderei betrifft, wie sich die Kugel beim Zusammenstoß, und viele andere Faktoren benimmt. Die Stabilität der Kugel wird betroffen, weil die Wirkung von Magnus dem Zentrum der Kugel des Drucks statt seines Schwerpunkts folgt. Das bedeutet, dass es den Gieren-Winkel der Kugel betrifft: Es neigt dazu, die Kugel entlang seiner Flugroute, irgendeinem zur Achse des Flugs zu drehen (das Gieren vermindernd, das so die Kugel stabilisiert) oder weg von der Achse des Flugs (das Gieren vergrößernd, das so die Kugel destabilisiert). Der kritische Faktor ist die Position des Zentrums des Drucks, der von der flowfield Struktur abhängt, die der Reihe nach hauptsächlich von der Geschwindigkeit der Kugel (Überschall- oder Unterschall-), sondern auch die Gestalt, Luftdichte und Oberflächeneigenschaften abhängt. Wenn das Zentrum des Drucks vor dem Schwerpunkt ist, destabilisiert die Wirkung; wenn das Zentrum des Drucks hinter dem Schwerpunkt ist, stabilisiert sich die Wirkung.

In Flugmaschinen

Einige Flugmaschinen verwenden die Wirkung von Magnus, Heben mit einem rotierenden Zylinder an der Front eines Flügels zu schaffen, der Flug mit niedrigeren horizontalen Geschwindigkeiten erlaubt. Der frühste Versuch, die Wirkung von Magnus für einen schwereren zu verwenden, als Luftflugzeug, das 1910 durch ein US-Mitglied des Kongresses, Butler Ames aus Massachusetts ist, war der folgende Versuch am Anfang der 1930er Jahre durch drei Erfinder im Staat New York.

Magenn Power Inc hat eine als Luft leichtere hohe Höhe-Windturbine genannt MARS geschaffen, der die Wirkung von Magnus verwendet, eine stabile und kontrollierte Position in Luft zu behalten. MARS entspricht FAA und Transportrichtlinien von Kanada.

Der iCar 101 Projekt verwendet die Wirkung von Magnus in einem roadable Flugzeugsdesign.

FIFA 2010-Weltpokal-Match-Ball

Der Match-Ball für den FIFA 2010-Weltpokal ist für die verschiedene Wirkung von Magnus zu vorherigen Match-Bällen kritisiert worden. Der aktuelle Ball wird als habend weniger Wirkung von Magnus beschrieben und fliegt infolgedessen weiter, aber mit weniger kontrollierbarer Ausweichbewegung. Zusätzlich sagen einige, dass sich die Wirkung von Magnus des Balls abhängig von Achse ändert, auf der sie spinnt.

In der Astronomie

Viele astronomische Gegenstände (Planeten, Milchstraßen usw.) haben sowohl Rotations-(das Drehen) als auch die geradlinigen (bewegenden) Bewegungen im Raum. Die Kraft von Magnus sollte im Prinzip astronomischen Gegenständen folgen. Es hat Argumente gegeben, die anzeigen, dass Wirkung von Magnus an Planeten und Milchstraßen arbeitet.

Siehe auch

• Flugzeug von Flettner

Flugdrache-Typen

• Coandă Wirkung
• Ball des Jahrhunderts
• Rotor-Schiff
• Luftwiderstand

Weiterführende Literatur

..

Links

• Magnus Cups, Ri Kanalvideo, Januar 2012
• Analytische Funktionen, die Wirkung von Magnus und Flügel an MathPages
• Wie fliegen Kugeln? Ruprecht Nennstiel, Wiesbaden, Deutschland
• Wie fliegen Kugeln? alte Version (1998), durch Ruprecht Nennstiel
• Die Rotor-Flugdrache-Seite von Anthony Thyssen
• Hat Pläne an, wie man ein Modell baut
• Das Anspannen der Windmacht mit der Wirkung von Magnus
• Technion Forscher beobachten Wirkung von Magnus im Licht für das erste Mal
• Quant Maglift