Spielephysik (game physics): Newton-Reibung in Wasser und Luft (Luftwiderstand)

Bei der Bewegung eines Körpers durch Luft oder ein anderes Medium wirkt dieser Bewegung eine Kraft entgegen, die proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist:




Hierbei ist r ist ein Einheitsrichtungsvektor, der die momentane Bewegungsrichtung anzeigt, A der Querschnitt des Körpers in Bewegungsrichtung, Rho die Dichte (Masse pro Volumen) des Mediums und cw ein durch die Körperform bestimmter Widerstandskoeffizient.

In einer Physik-Simulation behandelt man die Newton-Reibung als eine externe Kraft, die auf einzelne Massenelemente bzw. auf einzelne Bereiche eines „physikalischen Körpers“ (physics body) einwirkt und verwendet für ihre Beschreibung oftmals den vereinfachten Ausdruck:




Für jedes Massenelement bzw. für jeden Bereich eines Körpers wird zunächst eine separate Standard-Reibungskonstante (bezogen auf ein Medium mit der Dichte 1) festgelegt. Damit sich unabhängig von dieser Konstante der Reibungswiderstand in Luft, im Wasser oder in anderen Medien simulieren lässt, wird die Reibungskonstante zur Laufzeit noch mit einem zusätzlichen Faktor multipliziert, der proportional zur Dichte des betreffenden Mediums ist:




Um die Änderung der Reibungsverhältnisse beim Übergang von einem Medium ins andere (z.B. von Luft nach Wasser) zu simulieren, müssen Sie in jedem Simulationsschritt überprüfen, in welchem Medium sich das betreffende Massenelement bzw. ein bestimmter Bereich eines Körpers befindet und dann die Standard-Reibungskonstante mit dem zugehörigen Dichtefaktor multiplizieren.


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