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Die Physik des Fliegens

MINT_Bildung

Created on August 11, 2025

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Physik des Fliegens

Warum fliegt ein Flugzeug?

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Warum kann ein Flugzeug fliegen?

Normale Passagierflugzeuge wiegen gerne mal über 100 Tonnen und trotzdem heben sie scheinbar ohne Probleme vom Boden ab. Aber wie kann das sein? Welche physikalischen Phänomene erzeugen so viel Kraft, dass man damit solche Massen in die Lüfte heben kann?

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Wirkende Kräfte

Um diese Frage zu klären, betrachten wir zuerst die 4 verschiedenen Kräfte, die auf ein Flugzeug wirken:
1. die Auftriebskraft 2. die Gewichtskraft 3. der Schub 4. der Luftwiderstand

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Gewichtskraft

Die Gewichtskraft kann auf der Erde mit der Schwerkraft gleichgesetzt werden. Es ist die Kraft, mit der ein Körper aufgrund seiner Masse von der Erde angezogen wird.

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Schub / Antriebskraft

Die Antriebskraft, oder auch Schub genannt, sorgt für die nötige Geschwindigkeit, damit das Flugzeug abheben kann.Diese Kraft wird von den Triebwerken erzeugt.

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Luftwiderstand

Der Luftwiderstand wirkt dem Schub entgegen und wird durch die Reibung der Luftteilchen an der Flugzeugoberfläche erzeugt. Er bremst das Flugzeug also ab.

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Auftriebskraft

Die Auftriebskraft sorgt dafür, dass das Flugzeug vom Boden abheben kann. Sie wirkt demnach der Gewichtskraft entgegen.

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Wirkende Kräfte

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Wirkende Kräfte

Woher kommt die Auftriebskraft?

Damit ein Flugzeug abheben kann, muss die Auftriebskraft größer als die Gewichtskraft sein.

Triebwerke

Die Triebwerke eines Flugzeugs bewegen es nach vorne und sorgen für die nötige Geschwindigkeit, ohne die ein Flugzeug nicht abheben könnte. Sie drücken das Flugzeug durch ihre Kraft aber nicht nach oben!

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Tragflächen

Es sind die Tragflächen, besser bekannt als die Flügel eines Flugzeugs, die die Auftriebskraft erzeugen. Das mag zwar intuitiv klar sein, aber wie entsteht an einem Flügel so viel Kraft?

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Tragflächen

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Auftriebskraft

Es gibt verschiedene physikalische Effekte an einem Flügel, die dazu beitragen, dass der Auftrieb entsteht. Dazu schauen wir uns zuerst einmal eine Tragfläche von der Seite an, wenn sie sich durch die Luft bewegt.

Luft

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Auftriebskraft

Zunächst ist es wichtig zu verstehen, dass die Luft an der Flügelform sowohl oberhalb als auch unterhalb entlangströmt.

Luft

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Auftriebskraft

An der Unterseite der Flügel ergibt das Sinn. Die Luft strömt einfach weiter geradeaus.

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Auftriebskraft

An der Oberseite ist das aber schwieriger zu verstehen, weil sie gewölbt ist. Die Luft könnte durch die vordere Seite des Flügels nach oben abgelenkt werden. Das würde dann so aussehen:

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Auftriebskraft

Dadurch entsteht dann über dem Flügel ein Gebiet mit weniger Luft, also mit einem Unterdruck.

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Auftriebskraft

Der Unterdruck saugt die Luft an, sodass diese schlussendlich dem Flügelprofil folgt.

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Auftriebskraft

Der Unterdruck über dem Flügel "saugt" sowohl die Luft an die Tragfläche, als auch den Flügel nach oben und sorgt für einen Auftrieb.
Durch das Ansaugen der Luft folgt diese aber nicht nur dem Flügelprofil, sondern sie wird zudem auch beschleunigt.

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Bernoulli-Effekt

Durch die schnellere Luft vergrößert sich der Unterdruck über dem Flügel sogar noch mehr. Das kann durch den Bernoulli-Effekt erklärt werden.
Du kannst diesen physikalischen Effekt ganz einfach sichtbar machen.

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Versuch

1. Nehme dir zwei Papierbecher und stelle sie so auf den Tisch. 2. Puste nun zwischen den beiden Bechern hindurch. Fange ganz leicht an und puste dann immer stäker. Beobachte, was passiert!

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Versuch - Beobachtung

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Versuch - Beobachtung

Die Becher bewegen sich aufeinander zu!Es muss also zwischen den beiden Bechern ein Unterdruck entstanden sein, der die beiden Becher zueinander gesaugt hat.

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Unterdruck

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Bernoulli-Effekt

Grundlage für den Unterdruck ist, dass die Luft zwischen den beiden Bechern schneller strömt als vor den Bechern. Zwischen den beiden Bechern ist weniger Platz als davor, aber es muss dieselbe Menge Luft durch. Die Luft muss also zwischen den beiden Bechern schneller werden.

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Bernoulli-Effekt

Eine solche Luftströmung wird durch die Bernoulli-Gleichung beschrieben:

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Bernoulli-Effekt

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Bernoulli-Effekt

In unserem Beispiel wird die Luft zwischen den Bechern schneller und deswegen wird dort auch der Luftdruck niedriger. Stelle dir den Luftstrom als ein Rohr vor, das zwischen den Bechern schmaler wird. Die Bernoulli-Gleichung sagt uns, dass der Luftdruck kleiner wird, wenn die Luft schneller strömt. Strömt Luft langsamer, wird der Luftdruck höher.

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Bernoulli-Effekt

Das kannst du dir in etwa so vorstellen:

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Bernoulli-Effekt

Das mag im ersten Moment etwas komisch klingen. Man kann sich das aber so vorstellen, dass schnelle Luft mehr von der umliegenden Luft mitreißt und deswegen der Druck geringer wird.

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Versuch

Diesen "Mitreiß-Effekt" darfst du jetzt in einem Versuch überprüfen!
Du brauchst dafür:1. Gebläse 2. Spritzflasche 3. Rohr mit Verengung

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Versuch

1. Stecke das Rohr mit dem schmalen Ende auf den Gebläseschlauch. Halte die Öffnung des Rohrs von dir und anderen weg hin zur Scheibe. 2. Schalte das Gebläse ein. 3. Halte (nicht drücken!) die Spritzflasche in das Loch

a) am breiten Abschnitt des Rohrs und beobachte! b) am schmalen Abschnitt des Rohrs und beobachte!

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Versuch - Beobachtung

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Versuch

Das Wasser in der Spritzflasche wird stärker angesaugt, wenn die Spritzflasche in den schmalen Rohrabschnitt gehalten wird.

Bernoulli-Effekt

Auch in diesem Experiment konnte man sehen, dass der Druck auf die Luft kleiner ist, wenn diese schneller strömt. Wir konnten somit zeigen, dass auf der Oberseite des Flügels ein Unterdruck herrscht.

Unterdruck

Normaldruck

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Unterdruck

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Auftrieb

Neben dem Unterdruck auf der Flügeoberseite kann der Auftrieb auch durch das dritte Newtonsche Axiom erklärt werden. Hierbei spielt die Flügelform eine entscheidende Rolle. Durch seine Form lenkt der Flügel die Luft nach unten ab, er übt also eine Kraft auf sie aus.

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Auftrieb

Da diese Kraft vom Flügel auf die Luft nach unten wirkt, muss die Luft laut dem dritten Newtonschen Gesetz eine gleich große Kraft nach oben auf den Flügel ausüben.Die abgelenkte Luft drückt den Flügel also auch nach oben.

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Auftrieb

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Die Physik des Fliegens

Du hast nun einen Einblick in die Physik des Fliegens bekommen und gesehen, dass es nicht nur eine Erklärung für den Auftrieb gibt.
Neben Optimierungsmöglichkeiten für den Auftrieb suchen Forschende auch nach Möglichkeiten, die anderen drei auf ein Flugzeug wirkenden Kräfte zu optimieren. Es wird also noch viel geforscht!

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Beispielhafte Forschungsthemen:

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Die Physik des Fliegens

Du hast nun erfahren, warum Flugzeuge fliegen, aber wie sieht ein echtes Cockpit aus und wie wird man Pilot*in? Das schauen wir uns jetzt einmal genauer an!

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Verkehrsflugzeuge

Die weltweit meist verkauften Verkehrsflugzeuge sind die der A320-Familie von Airbus. Dazu gehören die Modelle A318, A319, A320 und A321.

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Schätzfrage

Wie viele Flugzeuge der A320-Familie wurden seit der ersten Auslieferung 1988 bis zum Stichtag am 07.10.2025 weltweit ausgeliefert?

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A320

Mit 12.260 ausgelieferten Flugzeugen ist es also ziemlich wahrscheinlich, dass auch du schon einmal in so einem Flugzeug gesessen bist. Aber wie schaut das Cockpit in so einem Flugzeug aus?

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Das Cockpit

In einem echten Cockpit gibt es bedeutend mehr zu beachten als in unserem Flugsimulator!

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Der Start aus einem Cockpit

Sieh dir hier den Start eines Flugzeugs aus dem Cockpit heraus an!

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Cockpit

Wenn du genau hinsiehst, erkennst du einige Ähnlichkeiten zu unserem Flugsimulator. Das Primary Flight Display (kurz: PFD) zeigt die wichtigsten Flugdaten und ist somit das Hauptdisplay.

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PFD

Hier eine kurze Übersicht über die angezeigten Parameter:
Fluglage
Höhe in Fuß
Geschwindigkeit in Knoten
Steig-/Sinkrate in Fuß/Minute
Kurs

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Pilot & Copilot

Auf das PFD müssen sowohl Pilot als auch Copilot während des Flugs achten. Aber welche weiteren Aufgaben haben die beiden Piloten eigentlich?

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Kapitän & Copilot

Man unterscheidet bei den beiden Piloten in einem Flugzeug zwischen dem Kapitän (PIC = Pilot in command) und dem Copilot (F/O = First Officer).Beide sind ausgebildete Piloten, der Kapitän hat lediglich mehr Flugerfahrung und somit die endgültige Entscheidungsgewalt über das Flugzeug. Um zum Kapitän ernannt zu werden benötigt ein Pilot in etwa 3.000 bis 7.000 Stunden Flugerfahrung als Copilot.

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Kapitän & Copilot

Zudem kann man auch zwischen „Pilot Flying" und „Pilot Not Flying" unterscheiden. Meist wechseln sich Kapitän und Copilot in diesen Rollen ab. Das minimiert mögliche Pilotenfehler, die durch ständige, gleiche Belastung auftreten könnten und ist durch eine gute Teamarbeit effizienter.

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Pilot Flying

Wer die Rolle des „Pilot Flying“ übernimmt fliegt auch tatsächlich das Flugzeug. Derjenige ist dann für die Einhaltung des Flugkurses, der Flughöhe, der Geschwindigkeit, etc. verantwortlich ist.

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Pilot Not Flying

Der „Pilot Not Flying“ (auch „Pilot Monitoring" genannt) unterstützt den „Pilot Flying" und stellt beispielsweise Kurse ein, setzt Anordnungen des „Pilot Flying“ um, überwacht das System und übernimmt den Funkkontakt mit dem Tower. Kurz gesagt: Er entlastet den „Pilot Flying“ während des gesamten Fluges.

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Ausbildung

Aber wie wird man eigentlich Pilot? Da gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder macht man die Ausbildung privat an einer Flugschule oder direkt bei einer Airline. Diese Ausbildung dauert in der Regel 18-36 Monate.

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Ausbildung

In beiden Fällen muss man zunächst die Ausbildung zum Berufspiloten (CPL = Commercial Pilot Licence) absolvieren. Mit dieser Lizenz darf man dann kleinere Flugzeuge eigenständig fliegen oder als Copilot in größeren Flugzeugen agieren.

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Ausbildung

In der Ausbildung zum CPL werden circa ein Jahr lang die nötigen theoretischen Grundlagen behandelt. Es dreht sich dann besipielsweise um Aerodynamik, Flugzeugtechnik, Navigation, Luftrecht, Flugplanung und Meteorologie. Anschließend daran beginnt die Praxisphase:
1. 2. 3.

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Ausbildung

Möchte man auch die größeren Flugzeuge selbst fliegen oder später einmal Kapitän werden, so benötigt man zusätzlich die Ausbildung zum Verkehrspiloten (ATPL = Airline Transport Pilot Licence). Im Allgemeinen gibt es einige Voraussetzungen dafür, ob man die Ausbildung zum Piloten beginnen kann:

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Hast du das Zeug zum Piloten?

Das darfst du gleich in unserem Flugsimulator testen! Bitte räume aber zuerst alle Gegenstände von den Experimenten wieder auf und melde dich bei deiner Betreuungsperson!
Noch Zeit?

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Noch Zeit?

Wenn du noch warten musst, dann kannst du dich hier noch weiter informieren:
Sieh dir hier einen Flug von Palma nach Frankfurt an
Hier werden dir die verschiedenen Ruder an einem Flugzeug erklärt

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Inhaltsverzeichnis

Klicke da, wo du hin willst:

Alles rund um´s Cockpit und den Beruf des*r Piloten*in

Wirkende Kräfte

Bernoulli-Effekt

Auftriebs-kraft

Forschung

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Hey, du hast mich gefundenHier wirst du in der Regel mehr Infos zu einem Thema finden.

Über das Kreuz oben in der Ecke kannst mich wieder schließen.

Notfalltraining

Ein wesentlicher Teil der Praxis ist das Notfalltraining. Du übst, wie du dich verhältst, wenn technische Probleme auftreten oder wenn du in eine schwierige Situation gerätst, wie etwa Triebwerksausfälle oder unerwartete Turbulenzen.

Zur besseren Lesbarkeit wird im Folgenden die Bezeichnung "Pilot" für alle Geschlechter m/w/d gleichermaßen verwendet.

Instrumentenflug

IFR = Instrument Flight Rules

Sobald du die Grundlagen beherrschst, lernst du, wie man nach Instrumenten fliegt. Das ist besonders wichtig, wenn du bei schlechten Wetterbedingungen oder nachts fliegst. Hier sind die Instrumente dein wichtigstes Hilfsmittel, um die Lage des Flugzeugs zu bestimmen.

Sichtflug

VFR = Visual Flight Rules

Du beginnst mit dem Sichtflug, bei dem du bei guten Wetterbedingungen fliegst. Du lernst das Starten und Landen, das Kurvenfliegen und wie man Manöver durchführt.