Der Magnus-Effekt , entdeckt von Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), deutscher Physiker, ist ein physikalisches Prinzip, das die Tangentialkraft erklärt, die ein rotierendes Objekt erfährt, das sich in einer Flüssigkeit bewegt. Es ist diese Kraft, die die Änderung der Flugbahn erklärt, die dann eine gekrümmte Form annimmt. Im Sportjargon gibt es mehr als einen Begriff, um diesen Effekt zu qualifizieren: So spricht man im Tennis und Tischtennis von einem „Topspin“-Schuss, im Fußball von einem „gewickelten“ oder „gebürsteten Schuss“. Dieser Effekt wird auch als Auftriebs- oder Antriebsmittel genutzt.
Wenn die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit (wie Luft) zunimmt, nimmt ihr Druck ab und umgekehrt, wie in der Bernoulli-Gleichung gezeigt . Die Drehung eines Objekts, das einem relativen Wind ausgesetzt ist (das Objekt bewegt sich in Bezug auf die Luft oder die Luft bewegt sich in Bezug auf das Objekt) ändert das Geschwindigkeitsfeld um das Objekt asymmetrisch. In der nebenstehenden Animation sehen wir deutlich, dass der Zylinder die Luft vom Gebläse nach oben schleudert. Das Newtonsche Impulserhaltungsgesetz schreibt dann die Existenz einer nach unten gerichteten Kraft vor (diese Kraft ist daher eine Reaktionskraft).
Wenn sich ein sich drehender Ball (oder Ballon) durch die Luft bewegt, verändert die durch das Drehen erzeugte Reibung den Luftstrom um ihn herum. Die Wirkung ist asymmetrisch: Auf einer Seite reißt der Ball die Luft mit, die beschleunigt und der Druck sinkt. Auf der anderen Seite verlangsamt der Ball den Luftstrom und der Druck steigt. Wir haben daher eine Druckdifferenz und der Ball bewegt sich auf die Seite, auf der der Druck geringer ist. Abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Kugel variiert die Lage der Punkte, an denen die Geschwindigkeit jeweils minimal und maximal ist (und damit die Richtung der ausgeübten Kraft).
Wenn der Ball beispielsweise auf dem Boden rollt, ist die Geschwindigkeit seiner oberen Oberfläche relativ zur Luft größer. Diese erhöhte Geschwindigkeit der oberen Oberfläche bremst die über diese Oberfläche nach hinten strömende Luft (Reibungsbremsung): Wenn die Geschwindigkeit der Luft langsamer wird, wird ihr Druck stärker (nach Bernoulli).
Dreht sich nun der Ball in gleicher Weise in der Luft, so wird die Luft von ihrer Unterseite mit höherer Geschwindigkeit umgekehrt getrieben, was ihren Druck verringert (nach Bernoulli). Wir haben oben einen leichten Überdruck und unten einen leichten Unterdruck, wodurch er schneller in Richtung Boden taucht. Wenn die Kugel in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, wird sie angehoben und hat während ihres Aufstiegs eine geradlinigere Flugbahn, bevor sie die Glockenflugbahn wieder aufnimmt; es fliegt weiter, bevor es den Boden berührt.
Dieser Effekt erklärt beispielsweise die bearbeitete Flugbahn der Schüsse von Freistößen beim Fußball , den Topspin- Effekt und den Slice beim Tennis , die Verlängerung der Reichweite von Airsoft- Nachbildungen ( Hop-Up-System ) oder den Spinneffekt eines Tisches Tennisball .
Umgekehrt beteiligt sich der Magnus-Effekt an der Ungenauigkeit von Schusswaffen mit einem unverkratzten Lauf und einer Kugel oder einer kugelförmigen Kugel : Bei diesen Waffen hat die Munition beim Austreten aus dem Lauf eine sehr variable Rotation und verhält sich anders ... nicht weniger variabel.
Das 1993 von der Firma Tokyo Marui (japanischer Hersteller von Airsoft- Replikaten ) erfundene Hop-Up-System ermöglicht es, die Reichweite von Airsoft-Bällen zu erhöhen, ohne die Mündungsaustrittsgeschwindigkeit über den Magnus-Effekt zu erhöhen (oder sogar leicht zu reduzieren). Es basiert auf einer Gummidichtung, die beim Vortrieb Reibung auf den Ball ausübt, ihn auf sich selbst dreht (entgegengesetzt zum Lift beim Tennis) und so „fliegen“ lässt.
Ein gutes Hop-Up erhöht zudem die Konstanz der Schüsse und damit die Präzision des Werfers.
Die Nutzung des Magnus-Effekts wurde vorgeschlagen, um Antriebssysteme zu entwickeln, die aus großen rotierenden vertikalen Zylindern bestehen, die bei seitlichem Wind Längsschub erzeugen können.
Buckau (später umbenannt in Baden-Baden ) Der deutsche Anton Flettner hatte den drei masted Schoner Buckau umgewandelt in der Germania Werft in Kiel ( Deutschland ) und mit ihm eine ersten Erfahrung mit diesem Prinzip des Antriebs erworben. Die Buckau , der im Jahr 1924 ihre erste Testfahrt , die mit zwei Rotoren ausgestattet ist , wurde durch einen Hilfsmotor Propeller in toter angetrieben Ruhe (kein Wind) und , wenn der erforderliche Raum zum tack beschränkt war. Nach mehreren Tests bei unterschiedlichen Windverhältnissen überquerte die in Baden-Baden umbenannte Buckau den Atlantik und erreichte New York am9. Mai 1926. Barbara Die AG Weserwerft in Bremen baut für den Hamburger Reeder Rob. Herr Sloman jr. die Barbara mit 2077 Tonnen und nimmt sie in Dienst28. Juli 1926. Die Handelsmarine des Reiches stattete diesen Frachter mit drei Flettner-Rotoren zur Unterstützung des Antriebs aus. Bei einer Windstärke von 4 Beaufort erreichte sie 4 Knoten Aufwind und sogar 9 Wind im Heck. Trotzdem verlor das Antriebsprinzip von Flettner-Rotoren um 1930 den Wettlauf um die Rentabilität gegen Schiffe mit Propeller oder konventionellem Segel. Alcyone ( das experimentelle Schiff von Jacques-Yves Cousteau ) Der Ozeanograph Jacques-Yves Cousteau baute die Alcyone Anfang der 1980er Jahre, ihr Prinzip ist merklich anders (siehe Turbovoile ). Seine beiden Zylinder lieferten etwa 25 bis 30 % der Antriebsenergie, die den Propellerantrieb unterstützte. 1985 unternahm das Schiff seine erste Reise. Calypso II Die Calypso II war ein Projekt für ein ozeanographisches Schiff, das die Calypso ersetzen sollte . Es sollte mit einem Turbosegelantrieb ausgestattet werden , das Projekt wurde jedoch nach dem Tod von Commander Cousteau aufgegeben. Uni-Kat Flensburg (de) Der Uni-Kat Flensburg wurde am Institut für Physik und Chemie der Universität Flensburg (in) ( Deutschland ) unter der Leitung von Professor Lutz Fiesser im Rahmen des PROA-Projekts entwickelt. Das Schiff wurde beim Flensburger Nautiktreffen 2006 getauft . E-Schiff 2006 bestellte der Windkraftanlagenbauer Enercon bei der Lindenau-Werft in Kiel einen 130 m langen Frachter, der neben zwei Dieselmotoren mit vier Flettner-Rotoren ausgestattet ist. Es wurde ins Leben gerufenAugust 2008, und in Auftrag gegeben August 2010.