Warum schweben Flugzeuge?

Ein Heißluftballon oder ein Luftschiff schwebt tatsächlich: Er enthält ein Gas, das weniger dicht ist als die umgebende Luft, sodass die archimedische Auftriebskraft sein Gewicht übersteigt. Ein Flugzeug ist das Gegenteil, eine Maschine, die schwerer ist als Luft. Ein schmalrumpfiger Jet wiegt beim Start etwa 70 bis 80 Tonnen, während die Luft, die sein Volumen einnimmt, nur wenige Dutzend Kilo wiegt. Nichts hält es durch Auftrieb in der Luft. Tatsächlich bleibt es durch ständige Arbeit oben: Die Triebwerke schieben es vorwärts, und die Flügel wandeln diese Geschwindigkeit in eine vertikale Kraft um. Sobald die Fluggeschwindigkeit verschwindet, verschwindet auch der Auftrieb, und das Flugzeug sinkt. Das Gefühl, im Reiseflug zu schweben, entsteht durch das Fehlen naher visueller Bezugspunkte in dieser Höhe und durch die Stabilität des Flugs, doch der Flügel arbeitet in jedem Moment.

Der Flügel ist ein gewölbtes Profil, das sich in einem leichten Winkel zum Luftstrom vorwärtsbewegt. Die Luft um ihn herum krümmt sich und strömt an der Hinterkante nach unten ab; nach Newtons drittem Gesetz drückt die Luft den Flügel nach oben, wenn der Flügel die Luft nach unten drückt. Aus Sicht des Drucks betrachtet, beschleunigt die Luft über der Oberseite und der Druck sinkt, während er unter der Unterseite steigt: Der Unterschied, über die gesamte Oberfläche integriert, ist der Auftrieb. Beide Beschreibungen sind dieselbe Physik. Nicht korrekt ist die populäre Erklärung, dass die Luft oben die Hinterkante zur gleichen Zeit erreichen müsse wie die Luft unten; tatsächlich kommt sie früher an. Der Auftrieb wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, mit der Luftdichte, mit der Flügelfläche und mit dem Anstellwinkel, bis die Strömung abreißt und der Flügel überzieht.

Im Horizontalflug entspricht der Auftrieb dem Gewicht und der Schub dem Widerstand. Wollen Piloten steigen, erhöhen sie die Leistung oder den Anstellwinkel; wollen sie sinken, verringern sie eines von beiden. Auch ein Flugzeug ohne Triebwerke fällt nicht wie ein Stein: Es gleitet, tauscht Höhe gegen Geschwindigkeit, und ein Verkehrsflugzeug kann pro 1.000 m verlorener Höhe 15 bis 20 km horizontal zurücklegen. Deshalb fliegen Segelflugzeuge stundenlang ohne Triebwerk und suchen dabei aufsteigende Luft. Was ein Flugzeug tut, ist letztlich, sehr langsam vorwärts zu fallen, während die Triebwerke den Energieverlust ausgleichen.

Auch die andere Lesart der Frage hat eine Antwort. Landflugzeuge sind nicht dafür ausgelegt, auf Wasser zu landen, doch der druckbeaufschlagte Rumpf ist eine fast luftdichte Röhre, und die Flügel enthalten Tanks, die, leer oder fast leer, zusätzliches Volumen liefern. Die Zulassungsvorschriften verlangen, das Verhalten bei einer Notwasserung zu analysieren und Notausgänge sowie Rettungsflöße bereitzustellen. Im Januar 2009 landete ein Airbus A320 von US Airways ohne Schub in beiden Triebwerken auf dem Hudson River und blieb lange genug schwimmfähig, um alle Insassen zu evakuieren. Wasserflugzeuge und Amphibienflugzeuge mit Schwimmern oder einem bootsförmigen Rumpf sind dagegen tatsächlich dafür gebaut, zu schwimmen und routinemäßig vom Wasser zu starten.