Die klassische Bananenflanke lässt einen rotierenden Ball vom geraden Kurs abdriften. Doch was passiert auf dem Mars?

a) Ball fliegt genauso
b) Flanke noch stärker gebogen
c) Ball bewegt sich geradeaus
d) Bananenflanke ist spiegelverkehrt
e) Ball implodiert

Antwort:

In der Tat, auf dem Mars würden unsere Mannen nicht schlecht staunen, denn eine sauber geschossene Bananenflanke, also ein mit Effet gespielter Ball würde eine Flugbahn bewirken, die entgegengesetzt zur irdischen gebogen ist - "spiegelverkehrt" lautet also die richtige Lösung.

Erklärung:

Aber was bewirkt überhaupt einen krummen Kurs? Die Eigenrotation ist es, die das Leder von der eigentlich geradlinigen Bahn ablenkt, denn dabei wird Luft mitgerissen. Zusammen mit dem Gegenwind ergibt sich damit auf einer Seite der Lederkugel eine höhere Strömungsgeschwindigkeit als auf der anderen. Mit diesem Geschwindigkeitsunterschied ist nach der Bernoulli'schen Gleichung auch ein Druckungleichgewicht verbunden, das schließlich in einer Kraft senkrecht zur Flugbahn resultiert. Diese wiederum zwingt das Flugobjekt schließlich auf seine gekrümmte Bahn.

Vor gut 150 Jahren entdeckte der deutsche Physiker Heinrich Gustav Magnus diesen später nach ihm benannten Effekt. Interessanterweise lassen sich Magnus' Ergebnisse nicht eins zu eins auf andere Planeten übertragen – hier ist der mitunter geringere Luftdruck zu berücksichtigen. So besitzt der Mars eine deutlich dünnere Atmosphäre, und das führt zu einem ungewöhnlichen Effekt wie Karl Borg, Lars Söderholm und Hanno Essén vom Königlichen Institut für Technologie in Stockholm herausfanden.

Der Grund dafür sind die Kollisionen der Luftmoleküle untereinander. Auf der Erde bewegt sich ein Molekül statistisch noch nicht einmal einen Mikrometer weit, ohne erneut mit einem anderen zusammenzustoßen. Deshalb ist in einem statischen System der Druck auch überall gleich. In der dünnen Atmosphäre des Mars ist das jedoch anders, hier kann die durchschnittliche Distanz zwischen zwei Stößen durchaus größer als der Durchmesser eines Fußballs werden. Das wiederum bedeutet nun, dass mehr Moleküle frontal auf den Ball treffen als von hinten.

Da all diese Moleküle vom Ball wieder abprallen – und zwar mit Vorliebe in die Richtung, in der dieser rotiert – und dabei ihre Bewegungsrichtung ändern, muss irgendetwas diese Änderung kompensieren. Denn ein ehernes Gesetz der Physik besagt, dass der Gesamtimpuls – also das Produkt von Masse und Geschwindigkeit aller sich bewegenden Objekte – erhalten bleiben muss. Damit das auch weiterhin gilt, muss der Ball entsprechend seines Gewichtes eine kleine Kurskorrektur in die Richtung durchführen, in welche die Moleküle nicht fliegen. Da es auch bei geringem Luftdruck immer noch sehr viele Moleküle sind, die auf den Ball treffen, macht sich dieser Effekt durchaus bemerkbar. Der Ball vollzieht eine Kurve, die der klassischen Bananenflanke entgegengerichtet ist.
Bananenflanke
© T.Krome/wissenschaft-online
(Ausschnitt)
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Normaler Luftdruck (links): Ein sich drehender Ball wird beim Flug aufgrund des Magnus-Effekts in Drehrichtung abgelenkt. Die Kraft (grüner Pfeil) wirkt senkrecht zur Bewegungsrichtung (blauer Pfeil).

Sehr niedriger Luftdruck (rechts): Da vor allem frontal auftreffende Luftmoleküle mitgerissen werden und der Gesamtimpuls des Systems erhalten bleiben muss, wird der Ball entgegen der Drehrichtung abgelenkt.


Die Wissenschaftler weisen im Übrigen auch darauf hin, dass es einen Druckbereich gibt, bei dem sich die beiden Effekte - klassische und marsianische Bananenflanke - kompensieren. Hier könnte sich der Fußballer noch so sehr anstrengen, den Ball in den Raum zu zirkeln, das Leder würde trotzdem stur geradeaus fliegen.

Eines werden wir in dünner Atmosphäre jedoch nicht erleben: Das ein Fußball implodiert. Auf dem Mars steht aufgrund des geringen Drucks eher zu befürchten, dass es den Ball auf Grund des Überdrucks im Innern auseinander reißt.

Mehr zu der Arbeit von Borg und seinen Mitstreitern lesen Sie im spektrumdirekt-Artikel: Ball auf Abwegen.

Die klassische Bananenflanke lässt einen rotierenden Ball vom geraden Kurs abdriften. Doch was passiert auf dem Mars?