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Ich könnte mir vorstellen, daß Deine "Lösung" verlangt wird. Denn wenn man sich die Realität vorstellt, dann entsteht vor dem Bug und allen Anströmkanten eine adiabatische Kompression zusätzlich, und an den Strömungskanten übertragen die Gasmoleküle je nach Anflugwinkel nur einen Teil ihres Impulses. Die Concorde z.B. hatte im Anströmteil eine Temperatur von <200°C, die Seitenflächen nur vis 150°C , wobei aber die Treibstofftanks eine Wärmeableitung waren, und bei der Flughöhe, in der Mach 2 erreicht wurde, bestimmt die Aussentemperatur weit unter 0°C gewesen sein dürfte.
Die wahren Verhältnisse dürften also wesentlich verwickelter sein, als in der simplen Frage zu beantworten wären.

Zitat von »PaprikaChips«

Habe hier eine Klausuraufgabe vor mir liegen; "ein Überschallflugzeug bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 1000 m/s durch eine Stickstoffatmosphäre (Molmasse von N2: 28 g/Mol). Warum erhitzt sich der Rumpf des Flugzeugs, wenn Sie die Situation aus der Sicht des kinetischen Gasmodells betrachten? Welche Temperatur erwarten Sie an der Oberfläche des Rumpfes?"

Je mehr ich darüber nachdenke , desto "bescheuerter" kommt mir die Aufgabe vor.

Bevor ich Auwi's , mir berechtigt erscheinende Einwände gelesen hatte, wollte ich das Ganze so betrachten : Die Moleküle der Luft stoßen elastisch und zentral gegen das Flugzeug*), wobei man mMn zwischen Stößen von vorn , von hinten und den Seiten zu unterscheiden ist. Wobei mit der mittleren Geschwindigkeit der jeweiligen Richtungskomponenten gerechnet werden kann und die die Masse M des Fugzeugs natürlich groß gegen die Masse eines jeden Moleküls , wie sie auch groß ist gegen alle "gleichzeitig" auftreffenden Moleküle . Ohne gerechnet zu haben ergibt sich unter den genannten Voraussetzungen nach meiner Erinnerung, dass auf der Frontseite mit v auftreffende Moleküle mit einer Geschwindigkeit ( v + u ) reflekiert werden, wenn u die Geschwindigkeit des Flugzeugs ist. Und für alle auf der Rückseite auftreffenden Moleküle gilt , dass Sie mit der der Geschwindigkeit ( v - u ) reflektiert werden. Wobei der "Fronteffekt" dominiert, weil die dortige Zahl der Stöße pro Zeit größer ist. ( Dass auch die pro Stoß übertragene Energie verschieden ist. lasse ich einmal unbeachtet )

So gesehen das vorläufige Resumee, dass das Flugzeug Energie auf die Luft überträgt und nicht etwa umgekehrt. Daran ändern auch die Stöße von der Seite nichts. Auf den ersten Blick werden die im rechten Winkel zur Flugrichtung mit v am Flugzeug auftreffenden Moleküle auch wieder mit v zurückgeworfen. Da sie aber kurzzeitig am Flugzeig verharren, sollten sie schon eine Komponente in Flugrichtung "mitbekommen". Was aber das bisherige Ergebnis nur verstärken kann, da auch in diesem Fall Energie vom Flugzeug auf die Luft übertragen wird.

Nun ist aber kinetische Energie bekanntlich noch keine Wärme. Dennoch bleibt die Frage, weshalb der Rumpf des Flugzeugs erwärmt werden soll. Denn selbst wenn man unrealistisch annimmt , dass die Temperatur der Fz - Oberfläche und die Temperatur der umgebenden Luft gleich wären, wenn man von den bewegungsbedingen Austauscheffekten absieht, auch dann könnte eine Erwärmung des Fugzeugs mMn allenfalls nur eine sekundäre Folge sein insofern, als es durch die oben beschriebene Energieübertragung auf die Luftmoleküle über die unvermeidliche interne Umverteilung zwischen diesen zu einer Erhöhung der Lufttemperatur kommt, so dass wegen der nun höheren Temperatur der Luft Wärme an das Flugzeug abgegeben wird.

Gruß FKS