Svar:
Det är ingen lätt fråga att ge ett kort och uttömmande svar på. Effekten kallas för magnuseffekten. I många böcker finns det missvisande "förklaringar" till fenomenet. Se länk 1 för en avancerad beskrivning av magnuseffekten och aerodynamisk lyftkraft för en flygplansvinge. I Magnus_effect finns en parametrisering av storleken på lyftkraften.

Låt oss i den följande diskussionen anta att vi har slagit en
underskruvad boll. Tänk på bordtennis eller golf! Bollen får då en uppåtriktad
kraft på grund av rotationen.

En viktig princip i strömningslära är att luften häftar vid bollen. Vid bollens yta
finns alltså ett tunt luftlager som följer med bollen.

Det är rätt lätt att övertyga sig om att luften strömmar fortare ovanför än under bollen.
(Vi betraktar luftens hastighet relativt bollen.) Luften som går snabbare över bollen måste accelereras. För detta krävs en tryckskillnad. Trycket
är alltså lägre rakt över bollen än långt bort från bollen. Med samma argument visar
man att trycket är högre strax under bollen. Tryckkrafterna påverkar alltså bollen uppåt! Se nedanstående figur.

Ett annat sätt att se problemet är att bollens rotation "drar isär" luften på ovansidan och "trycker ihop" luften på undersidan. Vi får alltså lågt tryck på ovansidan och högt tryck på undersidan. Denna tryckskillnad ger upphov till en lyftkraft.

Experiment: Be en kamrat slå en bordtennisboll hårt med mycket underskruv. Stå vid sidan och studera bollbanan. En golfboll beter sig likadant men är svårare att studera.

/ Gunnar O/lpe 1999-06-27

Svar:
Kul fråga Alexander! Ja, en F1-bil är helt beroende av luftmotståndet! Utan det hade bilen kört av i den första kurvan!

Det man först tänker på är att luftens rörelse i förhållande till bilen ger en bromsande kraft (engelska drag), vilket naturligtvis inte är positivt. Det finns emellertid gott om effekt i motorn för att motverka motståndet. Avgörande för snabbheten hos F1-bil är inte motorstyrkan utan väggreppet.

Karossen på bilen designas för att minimera "drag" (som uppkommer genom turbulens) och för att maximera nedåtkraften (engelska downforce). Nedåtkraften skapas av en konstruktion som liknar en flygplansvinge (se fråga [12891]) fast upp-och-ner.

Nedåtkraften adderas till tyngdkraften och utgör normalkraften. Friktionen, dvs väggreppet, är ju proportionellt mot normalkraften. Så större normalkraft ger bättre väggrepp vilket påverkar både acceleration, bromsförmåga och kurvtagning.

För att ytterligare öka "downforce" har F1-bilen vingar både fram och bak, se bilden nedan från Wikimedia. Man kan med en optimal kaross och vingar åstadkomma en "downforce" som överskrider tyngdkraften på bilen. Den skulle alltså teoretiskt kunna köras i taket!

De senaste åren har man infört en möjlighet att justera den bakre vingen under loppet. Detta kallas DRS (Drag Reduction System). När man vill köra om på en raksträcka kan man reducera "drag" och därmed få bättre acceleration. Man förlorar lite "downforce", så DRS deaktiveras automatiskt när man bromsar inför nästa kurva.

Se vidare Formula_One_carAerodynamics och Drag_reduction_system.

/Peter E 2015-11-29

Svar:
Intressant fråga Alvin! Vi är inte experter på hovrande helikoptrar, så vi fick börja med att studera information på webben. Där står inget om den stabilitet du talar om. Man får i stället intrycket att problemet är ganska komplicerat och att hovrande kräver skickligt samtidigt manipulerande av tre reglage. Länk 1 beskriver detaljerat de tre reglage man behöver för att hovra med en helikopter. Det tycks inte vara helt lätt.

Vi begränsar diskussionen till det viktigaste: lyftkraften. Denna beror i ett idealt system utan vind av rotorns varvtal, rotorbladens vinkel och luftens densitet.

Om vi antar att de första två är konstanta, så skulle man kunna tänka sig att luftens med höjden avtagande densitet skulle vara stabiliserade. Om helikoptern flyger högre är luftens densitet lägre, och lyftkraften minskar. Tvärtom, ger lägre höjd, högre luftdensitet och större lyftkraft.

Det borde alltsÃ¥ finnas en optimal höjd där lyftkraften är lika med helikopterns tyngd, vilket är kravet för att helikoptern skall hovra. Man kan beräkna luftens densitet med appen i länk 2. Densiteten pÃ¥ 10m och 20m höjd är 1.22382 respektive 1.22265 kg/m³. Skillnaden är alltsÃ¥ 0.00117 kg/m³ eller c:a en tusendel. Det är knappast troligt att denna lilla effekt kan vara förklaringen.

Hovring är emellertid stabilare nära marken på grund av den så kallade markeffekten (Ground_effect_(aerodynamics)). Luftströmmen från rotorn skapar ett övertryck när den träffar marken. Övertrycket ger ökad lyftkraft. Eftersom effekten avtar snabbt med ökande höjd bör man vänta sig en stabiliserande effekt vad gäller höjden. Problemet här är emellertid att detta endast fungerar på mycket låg höjd, ungefär ett rotorblad upp, och det är inte effekten du beskriver.

Lyftkraft visar hur man beräknar lyftkraften.

Här är några fler länkar:

https://www.rchelicopterfun.com/nose-in-hover.html

https://www.theguardian.com/notesandqueries/query/0,5753,-2666,00.html

https://www.decodedscience.org/why-is-it-so-difficult-to-hover-a-helicopter/22946

http://www.maunaloahelicopters.com/how-to-hover-a-helicopter/

http://www.dynamicflight.com/aerodynamics/ground_effect/
/Peter E 2018-03-22