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Der zweimalige Ironman-Weltmeister und Olympiasieger Jan Frodeno testet im modernen Windkanal

(Luft-)Widerstand ist zwecklos: Das steckt hinter dem cW-Wert

Je schneller du unterwegs bist, umso heftiger wird er: der Luftwiderstand. Das kostet Energie. Was es mit dem cW-Wert auf sich hat, warum Ingenieur:innen Pinguine bewundern und was Autos möglichst schnittig macht, erfährst hier.
Der zweimalige Ironman-Weltmeister und Olympiasieger Jan Frodeno testet im modernen Windkanal

Das Wichtigste zum Thema cW-Wert

  • Alles auf der Erde bewegt sich durch eine dicke Suppe aus Gas-Molekülen, Atmosphäre genannt. Wer hindurch will, muss diese Moleküle erst mal verdrängen.

  • Dieser Luftwiderstand ist für alle wichtig, die von A nach B wollen. Er entscheidet darüber, wie stark du auf der Fahrradtour in die Pedale treten musst, oder wie oft du dein Auto betanken musst.

  • Problem: Beschleunigt ein Fahrzeug, wächst der Luftwiderstand schneller als seine Speed.

  • Ab etwa 60 Kilometer pro Stunde überholt bei einem Auto der Luftwiderstand sogar den Rollwiderstand der Reifen. Bei Vollgas verwendest du 90 Prozent des Kraftstoffs, um die Luft zu verdrängen.

  • Ingenieur:innen müssen also vor allem schnelle Fahrzeuge möglichst windschlüpfrig bauen, um Energie und damit Treibstoff zu sparen. Ein Maß dafür ist der cW-Wert.

cW-Wert: Maß für Windschnittigkeit

Um anzugeben, wie windschnittig ein Fahrzeug ist, ermitteln Ingenieure den Strömungswiderstandskoeffizient, kurz cW-Wert. Kantige Fahrzeuge mit großer Frontfläche (LKWs) und vielen Unebenheiten wie große Spiegel, lange Antenne und Dachreling haben cW-Werte von über 1, moderne Autos mit eingelassenen Scheibenwischern und planen Unterböden in der Regel unter 0,5. Ein stehender Mensch hat übrigens einen cW-Wert von 0,78.

Der zweimalige Ironman-Weltmeister und Olympiasieger Jan Frodeno testet im modernen Windkanal


Auch für Fahrradfahrer wie den zweimalige Ironman-Weltmeister Jan Frodeno ist der Luftwiddrstand ein entscheidendes Hindernis - und optimiert seine Aerodynamik im Windkanal.
© picture alliance / GES / Helge Prang for Mercedes-Ben / Helge Prang

Wie wichtig nicht nur die Größe einer Fläche ist, sondern auch ihre Form, lässt sich an einer Halbkugel erkennen. Zeigt ihre runde Seite Richtung Fahrtrichtung, hat sie laut dem Fachmagazin Auto Motor Sport einen cW-Wert von 0,35. Umgedreht und mit der halbierten Seite Richtung Fahrtwind steigt er auf bis zu 1,6. Die niedrigsten cW-Werte von 0,02 bis 0,04 haben spindel- und tropfenförmige Körper.

Oldtimer im Windkanal

Optimierte Aerodynamik ist keine Erfindung unserer Zeit. Ingenieure begannen schon vor fast 100 Jahren windschnittige Autos und sogar Dampf-Lokomotiven zu bauen. Legendär ist der Schlörwagen, ein Experimentalauto des deutschen Ingenieurs Karl Schlör Ende der 30er-Jahren - er kam auf einen cW-Wert von 0,15.

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cW-Wert-Evolution. Geschichte der Windschnittigkeit

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Pinguin: Vorbild für die Ingenieur:innen

Eselspinguin unter Wasser

Wie so häufig ist die Natur auch in der Aerodynamik Vorbild für die Technik. Der Pinguin gleitet durch seine Tropfen-Form mit einem cW-Wert von 0,03 fast optimal durchs Wasser. Sie verbrauchen so wenig Energie beim Schwimmen, dass sie umgerechnet mit einem Liter Sprit fast 2500 Kilometer weit schwimmen könnten, haben Forscher:innen des Kieler Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung ausgerechnet – zumindest, wenn sie Benzin tanken könnten.

Die Physik hinter dem Luftwiderstand

  • 👩🏽‍🔬

    Während die meisten Menschen an „windschnittig“ denken, wenn sie einen Ferrari sehen, poppt bei Physikern der Begriff "Strömungswiderstand" auf.

  • 🌬️

    Der Strömungswiderstand setzt sich aus zwei einfachen Zutaten zusammen: Druck und Reibung.

  • 💨

    Vor dem Fahrzeug staut sich die Luft, dort ist der Druck am größten. Logisch: Auf der Rückseite ist dagegen er am kleinsten.

  • 🚛

    Die Reibung ergibt sich aus dem Design der Oberfläche. Je mehr Erhebungen und Vertiefungen, desto größer der Reibungswiderstand.

  • 🏎️

    Je nach Design überwiegt entweder der Druck oder die Reibung. Vor einem ultraflachen Sportflitzer staut sich zwar keine Luft, aber die vorbeiströmende Luft reibt sich immer noch an seiner Oberfläche. Bei einer LKW-Zugmaschine hingegen ist es genau umgekehrt.

Extrakick für die Schallmauer

FA-18 Hornet durchbricht die Schallmauer

Wenn Flugzeuge schneller fliegen als der Schall, bilden sich an den Flugzeugkanten Stoßwellen ("Überschall-Knall"), die den Luftwiderstand noch einmal stark erhöhen. Daher stammt der Name Schallmauer: Jets brauchen noch mal einen Extra-Energie-Kick, um sie zu überwinden.

Widerstands-Fun Facts

  • 🛫

    Superhirn Issac Newton entwarf schon 1726 die theoretischen Grundlagen der Aerodynamik - was damals aber erst mal keine Auswirkungen auf den Kutschenbau hatte.

  • 🧮

    Die einzelnen Strömungs-Widerstände der Einzelteile eines Fahrzeugs zusammenaddiert, sind größer als der Gesamt-Strömungswiderstand des zusammengebauten Fahrzeugs. Beispiel: Der Luftwiderstand von zwei Flügeln und einem Rumpf ist höher als der eines ganzen Flugzeugs.

  • 🛫

    Es gibt auch gewollte Luftwiderstrände. Denn Luft lässt sich auch gezielt in eine Richtung quer zur Strömung ablenken. Dann erhältst du beispielsweise einen Flügel - und kannst abheben. Hier erfährst du, warum Flugzeuge fliegen.

Formel 1-Rennwagen: Stabil in der Kurve statt spritsparende Aerodynamik

Rennwagen von Max Verstappen beim Formel 1-Rennen 2022 in Barcelona

Kurioserweise hat ein Forme- 1-Rennwagen keinen besonders guten cW-Wert. Grund: Mit seiner großen Power braucht er nicht besonders windschnittig sein, stattdessen muss er bei hohen Geschwindigkeiten fest der Straße und stabil in der Kurve liegen.

FAQs zum Luftwiderstand

  • ⁉️

    Was ist der cW-Wert?

    Der cW-Wert gibt die Windschlüpfrigkeit eines Objekts an, beispielsweise eines Autos. Doch sagt er nicht nichts über die absolute Kraft des Strömungswiderstands aus, denn er besetzt keine Einheit (er ist "dimensionslos"). Der Luftwiderstand lässt sich erst errechnen, wenn man zusätzlich die Geschwindigkeit, die Stirnfläche des Objekts und die Dichte des Gases (zumeist Luft) in die Rechnung einfließen lässt.

  • ⁉️

    Was ist der cW-Wert eines Menschen?

    Der der cW-Wert eines stehenden Menschen beträgt etwa 0,78.

  • ⁉️

    Wie lässt sich der Luftwiderstand berechnen?

    Die so genannte Strömungs-Widerstandskraft errechnet sich aus der Anström-Geschwindigkeit der Luft, ihrer Dichte und Zähigkeit sowie der geometrischen Form eines Körpers. Da gerade Letzteres häufig schwierig zu messen ist, wird der Luftwiderstand häufig im Windkanal ermittelt.

Veröffentlicht: 05.07.2022 / Autor: Peter Schneider