Schneller als der Wind...

@blacksens

Übrigens ist es kein Perpetuum Mobile. Das Ding hatt auch seine Grenzen.

@UffTaTa

UffTaTa schrieb:leider betrifft die Erklärung ein anderes Fahrzeug, bei dem es wirklich nicht schneller als der Wind geht. So gesehen ist die Webseite also ein klassisches Strohmaannargument, mehr nicht. (Der Propeller dreht falsch herum und der Propeller treibt die Räder an und nicht umgekehrt wie richtig).

Ups, mein Fehler... da habe ich nicht genau genug gelesen. *rotanlauf*

Gleichwohl bleibe ich bei meiner Argumentation. (Ich gestehe Dir gerne mehr Fachwissen in Physik zu, aber verstehen würde ich es dann trotzdem gerne!)

Bewegt das Fahrzeug sich gegen den Wind (und das ist letztlich ja der Effekt, wenn ich schneller als der Wind fahre), hat es a) den Windwiderstand des Fahrzeuges selber, b) den Windwiderstand des Rotors (der sich ja schneller als die umgebende Luft bewegen muss, um sie zu nach hinten zu beschleunigen um so einen Vorwärtsimpuls zu erzeugen) und last but not least c) Roll- und sonstige Reibwiderstände des Gestänges/Getriebes

Woher kommt die Energie all diese Widerstände zu überwinden? Wie schon geschrieben, kann ich mir vorstellen, dass das Ausnutzen der kinetischen Energie des Fahrzeugs für einen kurzen Moment genutzt werden kann (vielleicht sogar um schneller als der Wind zu werden), aber auf Dauer kann das nicht funktionieren. Bzw. ich verstehe nicht wie.

Btw. ist eigenlich noch jemanden aufgefallen, dass die angebrachten Windfähnchen zwar ziemlich lange nach vorne zeigen, bevor sie (witzigerweise nacheinander!) nach hinten kippen (und damit wohl Fahrtwind anzeigen sollen), sie aber erst kurz vor Stillstand des Fahrzeuges aufhören nach hinten zu zeigen? Müssten sie nicht auch wieder lange vorher "umklappen", nämlich sobald der Rückenwind wieder stärker wird?

Lufton schrieb:Woher kommt die Energie all diese Widerstände zu überwinden?

Na vom Rükenwind. Der Rückenwind ist nur mit der Geschwindigkeit des "Propellerwindes" addiert worden, also sowas wie eine Nullpunktverschiebung des Rückenwindes, snaonsten ist alles beim alten. Der Rückenwind treibt das Fahrzeug an. Das Fahrzeug treibtden Propeller an und die Geschwindigkeit des Propellerwindes addiert sich zur Geschwindigkeit des ückenwindes und sorgt dafür das noch eine verwertbare Kraft auftritt auch wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit >= der Geschwindigkeit des Rückenwindes ist.

Die gleiche Konstruktion, ohne weitere Umbauten, kann auch dazu verwendet werden gegen den Wind zu fahren (aber nicht rückwärts sondern vorwärts) und dabei übrigens auch schneller gegen den Wind als der Wind schnell ist. Logisch, sonst würds ja nicht vorwärts sondern rückwärts fahren ;-)

Eh, der letzte Satz war Blödsinn.

passt jetzt vielleicht nicht ganz zum Thema, aber das Prinzip des "gegen den Wind kreuzen"
wäre wohl auch ganz interessant in diesem Zusammenhang...

hier, ein allgemein gehaltener Artikel zum Thema:

http://www.spektrumverlag.de/artikel/827449

@UffTaTa

UffTaTa schrieb:Der Rückenwind ist nur mit der Geschwindigkeit des "Propellerwindes" addiert worden, also sowas wie eine Nullpunktverschiebung des Rückenwindes, snaonsten ist alles beim alten. Der Rückenwind treibt das Fahrzeug an. Das Fahrzeug treibtden Propeller an und die Geschwindigkeit des Propellerwindes addiert sich zur Geschwindigkeit des ückenwindes und sorgt dafür das noch eine verwertbare Kraft auftritt auch wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit >= der Geschwindigkeit des Rückenwindes ist.

So habe ich das auch verstanden. Ein Verständnisproblem ist aber geblieben:

Mit ihrem Eigenbau legten die Tüftler jetzt bei Testfahrten Geschwindigkeiten hin, bei der sie die vorherrschende Windgeschwindigkeit sogar um das 2,85-Fache übertrafen.

http://www.spektrumdirekt.de/artikel/1035421

Ab der doppelten Windgeschwindigkeit muß der "Propellerwind" größer sein als der Rückenwind (bei Berücksichtigung der diversen Verluste schon früher).

Wo soll die dafür notwendige Energie herkommen?

[kopfkratz]

@UffTaTa

Lufton schrieb:
Woher kommt die Energie all diese Widerstände zu überwinden?

Na vom Rükenwind.

Ich oute mich hiermit als außerordentlich begriffsstuzig, merkbefreit und lernresistent.

Welcher Rückenwind? Wenn das Fahrzeug schneller als der Rückenwind fährt, dann gibt es keinen Rückenwind mehr, dann gibt es nur noch Gegenwind. Nichts anderes demonstrieren ja die am Fahrzeug angebrachten Flatterbänder. Wie kann also dann der Rückenwind noch Energie liefern? Dass er das Fahrzeug anschiebt und langsam beschleunigt - klar. (Wobei ich auch da schon so meine Probleme habe. Das Fahrzeug ist komplett windschlüpfrig (aerodynamisch) ausgelegt. Die größte Angriffsfläche für den Wind dürfte der Propeller selber bieten. Darüber schiebt er also das Fahrzeug an, das Fahrzeug (bzw. die drehenden Räder) bewegen dann den Propeller entgegengesetzt zum Wind. Zu dem Zeitpunkt dürfte, nach meinem Verständnis, der Widerstand am Propeller der größte sein, denn der einwirkende Wind würde den Propeller genau in die Gegenrichtung drehen. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird diese Komponente kleiner, bis, bei Geschwindigkeit des Fahrzeugs = Windgeschwindigkeit, der Gegendruck auf dem Propeller Null ist (was auch nur für die Komponente in, bzw. gegen die Fahrrichtung gilt, durch die Rotation generiert der Propeller ja einen permanenten Winddruck auf seinen Flügeln in tangentialer Richtung).

Wo mache ich einen Denkfehler? Ich verstehe es nicht...

Du schreibst:

UffTaTa schrieb:Das Fahrzeug treibtden Propeller an und die Geschwindigkeit des Propellerwindes addiert sich zur Geschwindigkeit des ückenwindes und sorgt dafür das noch eine verwertbare Kraft auftritt auch wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit >= der Geschwindigkeit des Rückenwindes ist.

Wenn ich dich richtig verstehe, dann heißt das, dass wenn der Propeller erst einmal in Schwung ist, er sich so schnell dreht, dass er noch einen Vorwärtsschub generiert, wenn quasi der Nullpunkt (Geschwindigkeit Fahrzeug = Windgeschwindigkeit) durchschritten wurde. OK, kann ich mir noch vorstellen (Speicherung von kinetischer Energie in der Rotation des Propellers und in der Bewegung des Fahrzeuges). Exakt von diesem Moment an, gibt es aber nur noch diese gespeicherte Energie, da das Fahrzeug jetzt ja nur noch gegen den Wind fährt. (Und wenn es mit gleicher Geschwindigkeit führe, würde es seine Energie durch die diversen Reibungen/Widerstände verbrauchen.) Es kann also vielleicht für einen Moment schneller fahren als der Rückenwind. Vielleicht sogar auf den 2,85 fachen Wert beschleunigen (obwohl ich mir das schon nicht vorstellen kann). Aber auf Dauer wird es diese Geschwindigkeit nicht halten können. Jedenfalls verstehe ich nicht wie.

Lufton schrieb:Die größte Angriffsfläche für den Wind dürfte der Propeller selber bieten.

Genau und zwar nicht nur die Fläche der Propellerblätter, sondern die komplette Fläche die von den Propellerblätternüberstrichen werden. Wie bei einer Windturbine, wo ja auch die gesamte (mögliche) Energie aus der durchströmten Kreisfläche verwertet wird.

Lufton schrieb:Exakt von diesem Moment an, gibt es aber nur noch diese gespeicherte Energie, da das Fahrzeug jetzt ja nur noch gegen den Wind fährt.

Nein, eben nicht. Das Fahrzeug wird vom "effektiven" Rückenwind angetrieben und der ist: effektiver Rückenwind = Rückenwind + Propellerwind.

Lufton schrieb:OK, kann ich mir noch vorstellen (Speicherung von kinetischer Energie in der Rotation des Propellers und in der Bewegung des Fahrzeuges)

Vergiss das mal. Berücksichtige nur die fließenden Leistungen, dann ist es klarer.

Solche eigen-Rückkoppelnde Systeme sind natürlich nicht das was man aus dem alltäglichen Leben kennt, deshalb sollte man an sowas weniger mit dem "Bauchgefühl"-Verständnis ran gehen als lieber mit der Mathe.

Etwas leichter haben es da Leute mit E-Technikerfahrung. In der E-Technik werden solche Systeme häufig eingesetzt, z.B. Gleichstromkaskade, Hochsetzsteller, Vorzeichenumwandlung, etc.

@Lufton
mein Gehirn hat sich anfangs auch dagegen gesträubt es zu verstehen, aber nach einiger Zeit hat es aufgegeben und war lernwillig, dann hab ichs ihm schnell reingeprügelt und jetzt versteh ich es XD

@rubberfresh
Das hat mit Sicherheit nichts dagegen zu tun, dass ich mich sträube, sondern wohl eher mit den Erklärungen, die die Website liefert. Die sind unter aller Kanone! Die klingen für mich nach dem sattsam bekannten: "ja, genau, so ist das. Nee, kann ich dir nicht erklären, aber genau so ist das." Und mit solchen Erklärungen habe ich ein Problem.

Wenn ich dann aber sehe/lese, dass @UffTaTa schreibt, dass das so in Ordnung geht, dann denke ich mir, dass da wohl was dran sein muss (habe ich ihn hier bisher doch als profunden Physikkenner kennengelernt). Nur leider waren auch seine/deine Erklärungen bisher nicht wirklich hilfreich.

Nachdem, was ich bis jetzt versucht habe zu recherchieren, geht es doch wohl, so meine ich es verstanden zu haben, eben nicht darum, dass der Propeller bewegt wird um einen Vortrieb zu erzeugen (in dem er die Luft nach hinten drückt), sondern darum, dass der angestellte Propeller letztlich wie ein Segel wirkt. Auf ihn wirkt zunächst nur der Wind von hinten. Fängt das Fahrzeug an, sich zu bewegen, kommt zum Wind von hinten (der natürlich durch die Bewegung in Fahrtrichtung sofort kleiner wird) aber noch die Komponente der Drehbewegung (was UffTaTa Propellerwind nannte) hinzu. D.h. es entsteht ein scheinbarer Wind auf dem Blatt, analog zu einem Segelboot auf Raumwindkurs. Je schneller das Fahrzeug fährt, desto kleiner wird die Komponente Rückenwind, aber desto stärker die Komponente Drehbewegung, d.h. der scheinbare Wind raumt immer mehr auf (wenn ich weiter in der Segelterminologie bleibe). Hat das Fahrzeug exakt Windgeschwindigkeit, existiert durch die Drehbewegung nur noch die Komponente aus der Drehbewegung. Sie steht zum Propellerwind ungefähr so, wie ein mit halbem Wind segelndes Boot. Beschleunigt das Fahrzeug weiter, wird auch der Drehwind schneller, diesmal ergänzt durch den Fahrtwind. Die resultierende raumt immer weiter auf, bis der resultierende Wind einem hoch am Wind fahrenden Boot entspricht. Hier ist Ende, da eine weitere Beschleunigung den resultierenden Wind noch weiter verschiebt, bis das "Segel", also das Propellerblatt, quasi in den Wind schießt und nur noch gebremst wird.

Fazit: mit einem Verstellpropeller müsste das Fahrzeug schneller beschleunigen können und evtl. schneller fahren (aber sicher nur in Grenzen, möglicherweise ist der Propeller auch schon auf max. Geschwindigkeit optimiert, dann ließe sich lediglich die Beschleunigung verbessern).

Habe ich das Prinzip jetzt in etwa verstanden?

@Lufton

Wenn es um Physik geht, dann geht es ja immer nur um Modelle um die Wirklichkeit zu beschreiben. Ich habe für diesen Effekt zwei Modelle, das eine (vektorielle Modell) hast du ganz gut beschrieben, das andere (skalare Modell) ist die einfache Addition der Geschwindigkeiten.

Lufton schrieb:Nur leider waren auch seine/deine Erklärungen bisher nicht wirklich hilfreich.

OK, geb ich dir Recht. War auch noch nicht ins letzte Detail durchgedacht. iCH GELOBE MICH ZU BESSERN; LASS MIR NOCH EIN PAAR tAGE zEIT UM DAS DURCHZUACKERN; ICH MELDE MICH DANN NOCH MAL WIEDER; HOFFENTLICH MIT SAUBERER eRKLÄRUNG und sogar Berechnung.

@UffTaTa
Und addieren sich Geschwindigkeiten tatsaechlich? Ich dachte immer, sie erweitern sich, ergeben aber nicht wirklich eine addierte Summe. Oj, kopfkratz...Freu mich auf weitere Erlaeuterungen!

@Solembum

Solembum schrieb:Und addieren sich Geschwindigkeiten tatsaechlich? Ich dachte immer, sie erweitern sich, ergeben aber nicht wirklich eine addierte Summe. Oj, kopfkratz...Freu mich auf weitere Erlaeuterungen!

Addieren sich Geschwindigkeiten? Radio Eriwan sagt: Im Prinzip ja. Aber sie sollten schon wissen, dass sie sich dabei wie Vektoren zu verhalten haben und nicht wie Äpfel...

Guckst du hier: Wikipedia: Vektoraddition#Addition und Subtraktion

@Lufton
Lach-ok, danke. Hat etwas gedauert bis ich mich reingedacht habe. Ist nicht so einfach, wenn der Tag sich meist um Aepfel dreht...

Anhang: ddw2.pdf (59,1 KB)hier noch ein paar andere Konstruktionen, auch auf dem Wasser

Downwind Faster than the Wind (DWFTTW) Myth Challenge

Externer Inhalt
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und angehängt die physikalische Berechnung eines Bootsantriebs (kann analog 1:1 für ein Fahrzeug übernommen werden).

Icvh habe bisher leider kaum Zeit gefunden mich um das Thema zu kümmern. Während einer Zugfahrt habe ich mal selbst die grundsätzlichen Modell-Gleichungen aufgesezt, bin aber bei der Berechnung der Turbine hängen geblieben da ich diese Formeln nicht im Kopf habe und im Zug keine Zugriff auf Fachliteratur.

Deshalb erst mal diese, im Netz gefundenen Berchnungen. Habe sie kurz überflogen, scheinen soweit stimig zu sein. Sobald ich mal Zeit finde die Berechnung genauer durch zu gehen melde ich mich wieder.

Anhang: ddwe.pdf (29,7 KB)und die zweite Datei

und die Links

http://www.boatdesign.net/forums/attachments/propulsion/28167d1231128492-ddwfttw-directly-downwind-faster-than-wind-ddw2.pdf (Archiv-Version vom 16.11.2010)
http://www.boatdesign.net/forums/attachments/propulsion/28168d1231128492-ddwfttw-directly-downwind-faster-than-wind-ddwe.pdf (Archiv-Version vom 16.11.2010)

noch ein paar Links

http://projects.m-qp-m.us/donkeypuss/directly-down-wind-faster-than-the-wind-ddwfttw_2008-11-24 (Archiv-Version vom 09.01.2011)

http://www.fasterthanthewind.org/

@Alek-Sandr
@UffTaTa
@geeky
@Schdaiff

Die am einfachsten zu verstehende und gleichzeitig stimmige Erklärung ist IMO:

Das Fahrzeug wird nicht vom Rückenwind angetrieben, die Energie kommt aus der Geschwindigkeits - Differenz zwischen Boden und Wind.

Daher kann ein solches Fahrzeug bei geeigneter Konstruktion auch gegen den Wind fahren und zwar schneller als die Windgeschwindigkeit.

Ohne Bodenkontakt und/oder ohne Wind läuft also gar nichts. Und ein PM ist es natürlich auch nicht :)