Oberseite des Flügelprofils
Klebestelle
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Der Profilprüfstand
Warum kann ein Flugzeug fliegen?
Einstieg:
Der Luftballon steigt nach oben, weil das enthaltene Gas (Wasserstoff oder Helium) „ leichter ist“ als Luft.Ein Flugzeug besteht aus Aluminium, dies ist „schwerer“ als Luft und dürfte deshalb gar nicht aufsteigen (fliegen) können.
Luft ist ein Gasgemisch und besteht aus Teilchen (Molekülen) verschiedener Gase.
Vor euch steht ein Karton. Wir nennen ihn „Lesekiste“. In der Lesekiste sind die Gegenstände, die wir brauchen, um einen Profilprüfstand zu bauen.
Bevor wir beginnen können, müssen wir die einzelnen Gegenstände benennen (siehe Folie).
Macht einen Haken hinter jeden Satz, den ihr gelesen und verstanden habt.
1. Nehmt die Gegenstände aus der Lesekiste und legt sie auf den Tisch
ein Ventilator
Box mit Flügelprofilen und Profilvorlagen, Rolle Tesafilm, Stecknadeln
Lochzange, Nagelschere, zwei Metallstangen
zwei Styroporklötze mit jeweils zwei Löchern.
2. Nun basteln wir die Profile und einen Profilprüfstand
Nehmt eine Profilvorlage aus der Box und stanzt Löcher in die vier eingerahmten Papierstellen
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. Benutzt dazu die Lochzange.Nehmt den größeren Styroporklotz und steckt zwei zueinander passende Metallstangen in die schwarz umrandeten Löcher
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.Steckt eine Stecknadel zwischen die Stangen.
Nun müssen wir ein Flügelprofil formen.
Nehmt eure Profilvorlage, knickt sie an der gestrichelten Linie um.
Legt die beiden Seiten aufeinander. Die längere Seite ist gewölbt. Euer Profil muss jetzt wie auf der Zeichnung aussehen.
Fädelt das Profil auf die beiden Metallstangen.
Achtet darauf, dass die Metallstangen parallel stehen und die kürzere Seite des Profils unten ist.
Ihr müsst jetzt die Oberseite auf die Unterseite kleben.
www.zauberhafte-physik.net 7-Anleitung Profilprüfstand Sekundarstufe I – Thema Strömende Luft - Stand: 14.11.2016 www.zauberhafte-physik.net 7-Anleitung Profilprüfstand Sekundarstufe I – Thema Strömende Luft - Stand: 14.11.2016
Achtet darauf, dass die Oberseite gewölbt ist.
Schaut euch noch mal das Profil auf der Zeichnung an.
Setzt den kleineren Styroporklotz als Verbindungselement oben auf die beiden Metallstangen, damit sie schön parallel stehen; steckt dabei die Stangen in die schwarz umrandeten Löcher
o
.Hebt jetzt das Flügelprofil an und lasst es an den Stangen herunter fallen.
Das muss leicht gehen. Anderenfalls müsst ihr die Löcher etwas mit der Nagelschere vergrößern. Erst wenn das Profil leicht an den Stangen herunter gleitet, könnt ihr mit der Profilerprobung beginnen.
3. Versuchsdurchführung / Beobachtungen
Euer Profil liegt jetzt mit der flachen Unterseite auf dem Knopf der Stecknadel.
Nehmt den Ventilator und blast Luft über die gewölbte Oberseite, und zwar genau waagerecht, nicht von unten sondern eher ein bisschen über die Oberseite.
Seht euch die Zeichnung noch mal genau an.
Bewegt euren Ventilator ein wenig hin und her, dicht am Profil entlang. Das Profil müsste sich jetzt heben.
Nun hebt ihr den oberen Styroporklotz ab, zieht das Profil nach oben und setzt es wieder auf die Stangen, so dass die gewölbte Seite unten ist.
Wiederholt das Anblasen mit dem Ventilator.
Das Profil sollte jetzt nicht aufsteigen.
4. Auswertung
:
Film vom Stick zeigen: Bernoulli- Prinzip SWR Warum? Fliegen 4/3
Daniel Bernoulli entdeckte im 18. Jahrhundert, dass bei einer Verengung ein Gas oder eine Flüssigkeit mit einer höheren Geschwindigkeit durch die Verengung fließt.
Dadurch entsteht ein Unterdruck!
Animation vom Stick (s.o.) zeigen.
Die Luft, die über die Oberseite strömt, strömt schneller als die Luft über die Unterseite. Dadurch entsteht ein Effekt, den wir Auftrieb nennen.
5. Zusammenfassung
Innerhalb der strömenden Luft stellt sich gegenüber der ruhenden
Umgebungsluft ein „Unterdruck“ ein. Je schneller die Luft strömt, umso niedriger wird der Druck innerhalb der Luftströmung. Durch die größere Strömungsgeschwindigkeit an der Oberseite des Profils entsteht an der Oberseite ein größerer Unterdruck als an der Unterseite; der
Druckunterschied erzeugt den Sog, der das Profil nach oben zieht.
6. Wo könnt ihr den Sog von strömender Luft noch beobachten?
Was passiert, wenn ihr das Fenster geöffnet habt und dann die Tür aufmacht?
Es strömt Zugluft vom Fenster durch die Tür und die Tür knallt zu. Ist das nicht seltsam? Der Luftstrom müsste die Tür doch eigentlich aufdrücken.
Merkt euch: In strömender Luft entsteht ein Unterdruck oder Sog und der zieht die Tür zu. Je schneller die Luft strömt, umso größer wird dieser
Unterdruck.
Deshalb heißt es an den Bahnsteigen auch immer: „Bitte zurück treten; ein Zug fährt durch.“ Das ist ein wichtiger Warnhinweis. Der Luftstrom des Zuges würde euch nämlich an den Zug ziehen, wenn ihr nicht weit genug davon entfernt steht.
Der Duschvorhang wird nach innen gezogen. Die warme Luft in der Duschkabine steigt auf, es entsteht ein Unterdruck.
7. Seid ihr schon einmal geflogen?
Manche Flugzeuge haben einen Motor, der einen Propeller antreibt. So ein Motorflugzeug seht ihr auf dem Foto weiter unten.
Manche Flugzeuge haben eine Gasturbine, in der Kerosin verbrannt wird.
Kerosin ist ein spezieller Flugzeugtreibstoff. Das aus den Düsen strömende, heiße Gas treibt das Flugzeug an. Daher heißen diese
Flugzeuge Düsenflugzeuge.
Manche Flugzeuge haben gar keinen Antrieb; sie werden von der aufsteigenden warmen Luft getragen.
Das sind Segelflugzeuge.
Eines haben alle Flugzeuge gemeinsam, nämlich zwei Flügel. Die Flügel sorgen dafür, dass das Flugzeug nicht herunter fällt. Die Flügel müssen ein bestimmtes Profil haben. Das Profil eines Flügels kann man sehen, wenn man den Flügel durchschneidet. Das Flügelprofil bewirkt die Auftriebskraft; das ist die Kraft, die das Flugzeug in der Luft trägt.
Modifizierte Anleitung für die Sekundarstufe von Dr. rer. nat. Lothar Zühlke (Studiendirektor i.R. NaWi);
