Sog (Saugwirkung)

Saugwirkung in bewegten Gasen und Flüssigkeiten

Sog ist die alltagssprachliche Bezeichnung für eine Saugwirkung, die Gegenstände in der Umgebung bewegter Gase und Flüssigkeiten (Fluiden) erfahren, siehe Bernoulli-Effekt und Abbildung 1. Dort strömt Luft durch die Venturidüse und saugt Flüssigkeit nach oben. Einen Sog übt auch eine in Richtung Meer zurückfließende Strömung der Brandung auf einen darin stehenden Körper aus,[2] siehe #Sog auf umströmte Körper

Abb. 1: Die Fig. 11 von Venturi[1]

Tatsächlich drückt die ruhende Luft in Abbildung 1 bei X, Y und Z die Flüssigkeit in ein Gebiet niedrigeren Drucks an der freien Oberfläche am oberen Ende der Flüssigkeitssäulen: In der Luft ist Saugen nichts anderes, als schwächer zu drücken, als die äußere Atmosphäre drückt,[3]:32 siehe Unterdruck.

Sog auf umströmte KörperBearbeiten

 
Abb. 2: Strömungsabriss hinter einem Zylinder (türkis) mit Rückströmungen (rot)[4]

Die Strömung eines Fluids reißt eingetauchte oder auch nur tangierte Körper mit, siehe Bernoulli-Effekt. Der Staubsauger nutzt den Luftsog technisch aus, der durch ein Druckgefälle in Richtung Staubbeutel entsteht und Staub aufnehmen und in den Staubbeutel verfrachten kann.

Im Fluid eingetauchte Körper, analog zu den Staubkörnern in der Luft, werden wie der Zylinder in Abbildung 2 umströmt. Hinter dem nicht stromlinienförmigen Körper kann es wie in Abbildung 2 zum Strömungsabriss mit Rückströmungen kommen. Diese Strömungsumkehr erfordert eine Beschleunigung, die nach dem zweiten newtonschen Gesetz „Kraft gleich Masse mal Beschleunigung“ einer Kraft in Richtung des Körpers entspricht. Nach dem Prinzip Actio und Reactio kommt es zu einer Gegenkraft am Körper, die den Sog der Nachlaufströmung darstellt.[3]:59 Die Gegenkraft wird durch einen Unterdruck hinter dem Körper aufgebracht und ist dadurch nach oben beschränkt; sinkt der statische Druck der Flüssigkeit unter ihren Dampfdruck, kommt es zu Kavitation. Beim stromlinienförmigen Körper muss es nicht zu Strömungsumkehrungen kommen, und dann ist die Nachlaufströmung relativ zum bewegten Körper nur verlangsamt und der Sog geringer.

Der Sog ist Teil des Druckwiderstands und dieser ist wiederum Teil des gesamten Strömungswiderstands des Körpers.

AnwendungenBearbeiten

 
Abb. 3: Der Fahrtwind „saugt“ aus diesem Dorade-Lüfter Luft
  • Ein Staubsauger erzeugt Unterdruck, indem Luft herausbefördert und ein Unterdruck erzeugt wird. Die als Sog empfundene Wirkung entsteht durch die Umgebungsluft, die durch den Einlass in das Gerät hineindrängt, und dabei reißt sie den Staub mit.
  • Wasserstrahlpumpe, bei der mittels einer Venturi-Düse ein Unterdruck erzeugt wird.
  • Beim Lenzen von Booten erzeugt das strömende Wasser um den Bootskörper herum Unterdruck und der höhere Luftdruck im Bootskörper drückt Wasser oder Luft durch die Lenzklappe nach außen. Bei zu langsamer Fahrt reicht der externe Unterdruck nicht aus, dann muss das Zurückströmen des Wassers in das Boot verhindert werden. Bei Schiffen mit viel Tiefgang kann die erforderliche Geschwindigkeit unerreichbar sein, um den notwendigen Unterdruck bei der Lenzklappe am Kiels in der Nähe des tiefsten Punkts im Schiff zu erzeugen.
  • Schiffe werden ohne Gebläse entlüftet, wenn der Fahrtwind rund um einen Dorade-Lüfter Unterdruck erzeugt, siehe Abb. 3. Derselbe Effekt führt zu Atemnot, wenn man sich in einem Sturm bei geöffnetem Mund mit dem Rücken „in den Wind“ dreht (sodass der Wind von hinten kommt.)

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Giovanni Battista Venturi: Experimentelle Untersuchungen über das Prinzip der lateralen Bewegungsübertragung in Flüssigkeiten zur Erklärung verschiedener hydraulischer Phänomene. gedruckt von James Moyers, London 1836, S. Tafel S. 238 (englisch, Online [abgerufen am 2. Mai 2017] Originaltitel: Experimental inquiries concerning the principle of the lateral communication of motion in fluids applied to the explanation of various hydraulic phenomena. Übersetzt von Thomas Tredgold).
  2. Duden │ Sog. Duden online, abgerufen am 18. April 2022.
  3. a b H. Oertel (Hrsg.): Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Grundlagen und Phänomene. 13. Auflage. Springer Vieweg, 2012, ISBN 978-3-8348-1918-5.
  4. Video: Entstehung von Wirbeln bei Wasserströmungen - 1. Entstehung von Wirbeln und künstliche Beeinflussung der Wirbelbildung. Institut für den Wissenschaftlichen Film (IWF) 1936, zur Verfügung gestellt von der Technischen Informationsbibliothek (TIB), doi:10.3203/IWF/C-1.