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Aerodynamik: Selbstläufer

In den Geschichten aus Tausendundeiner Nacht sind sie ein beliebtes Fortbewegungsmittel: fliegende Teppiche. Einfach auf sie geschwungen, vielleicht noch ein paar geheimnisvolle Formeln gemurmelt und schon düsen sie durch die Lüfte. Ein Märchen, oder etwa nicht?
Fliegender Teppich
Teppiche finden sich fast überall. In kleiner Ausführung im Auto, mittel bis übergroß in der heimischen Wohnstube oder auch als roter Vorleger auf wichtigen Anlässen – die Liste ließe sich beliebig fortsetzen. Mit der Frage, ob sie uns auch durch die Lüfte tragen könnten, haben wir wohl schon in Kindertagen abgeschlossen. Sei es auf Grund schmerzlicher Selbstversuche oder auf Anraten der Eltern.

Eine Gruppe von Physikern ließ sich allerdings nicht so schnell abspeisen. Lakshminarayanan Mahadevan von der Harvard-Universität in Cambridge und seine Kollegen forschten allerdings nicht direkt am gewebten Objekt, sondern untersuchten ersatzweise die Aerodynamik einer biegsamen Folie in einer Flüssigkeit. Inspirieren ließen sie sich nach eigenen Aussagen durch Rochen, die scheinbar mühelos über den Meeresboden gleiten. Und warum sollte das Prinzip nicht auch bei einem Teppich funktionieren?

Also simulierten sie in ihrem Computer zunächst Form und Dynamik einer Folie, die herabfällt und sich langsam auf dem Boden niederlässt – ähnlich einem Blatt Papier, das kurz bevor es den Grund erreicht noch einen Moment auf einem Luftpolster dahingleitet. Darauf aufbauend betrachteten sie das Schwimmverhalten einer Folie, in der innere Verdrillungen das Muskelspiel der natürlichen Gegenstücke nachahmen.

Dabei konzentrierten sie sich der Einfachheit halber auf zylindrische Verformungen, während das Vorbild Rochen und andere Meeresbewohner durchaus komplexere Verformungsmuster an den Tag legen. Und tatsächlich zeigten ihre Berechnungen, dass eine Folie auf diese Weise wie von Zauberhand über den Boden schweben kann. Der entscheidende Trick sind dabei die richtigen Schwingungen: Die durch die Folie laufenden Wellen drücken gegen Wasser oder wahlweise Luft und sorgen so für Auftrieb.

Fliegender Teppich | Ein Ölgemälde von Wiktor Michailowitsch Wasnezow aus dem Jahr 1880 .
Sinkt das Fluggefährt dicht über eine horizontale Oberfläche, erzeugen die Wellen in dem Spalt zwischen Boden und Folie einen Druck. Damit schwebt sie schon einmal in der Luft. Doch die Wellen können noch mehr: Sie schieben die Folie voran. Gehen die Schwingungen von einer Ecke aus, neigt sich die Folie dadurch stets leicht und bewegt sich in die Richtung der Ecke, die etwas höher liegt. Luft wird dann von diesem Ende zum anderen gepresst, wodurch sich die Folie wie ihr Idol im Ozean fortbewegt.

Einem Physiker mag diese Nachricht nicht gerade neu oder besonders spektakulär erscheinen. Doch immerhin berechnete die Forschergruppe um Mahadevan in ihrer Arbeit konkrete Beispiele: Eine zehn Zentimeter lange und einen Zehntel Millimeter dicke Folie muss demnach mit einer Frequenz von zehn Hertz und mit einer Amplitude von 0,25 Millimetern schwingen. Dann würde sie mit einer Geschwindigkeit von dreißig Zentimetern pro Sekunde über den Boden fliegen – in einer Höhe von etwa einem Millimeter.

Um sich mit etwas Tempo zu bewegen, sollte der Flugapparat relativ zu seinen eigenen Ausmaßen große Wellen ausbilden. Ein ungemütlicher Fahrspaß, geben die Forscher zu. Wer eine ruhigere Reiseart vorzieht, müsste viele kleine Wellen in seinem Untersatz erzeugen – wäre damit aber langsamer unterwegs. Der einzige Haken an diesem scheinbar in greifbare Nähe gerückten Transportmittel ist seine zulässige Größe.

Denn je größer die Folie wird, desto mehr Kraft müsse aufgewendet werden, um sie in der Luft zu halten. Um einen handelsüblichen Teppich schweben zu lassen oder gar Menschen mit ihm zu befördern, müssten die Maschinen, die ihn in Schwingungen versetzen, laut der Computersimulationen unmachbar viel Energie aufbringen – auch wenn es vom physikalischen Standpunkt her machbar wäre. Ein Fliegender Teppich, wie man ihn sich wünschen würde, bleibt damit immer noch im Bereich der puren Fantasie. Aber immerhin haben wir nun die fachmännisch geprüfte Gewissheit.

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