Fliegen - Der Menschheitstraum

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Vorüberlegungen

Ideenbörse Naturwissenschaften Sekundarstufe I, Ausgabe 5, 02/2007 1

Lernziele:

• Die Schüler erfahren das Phänomen „Fliegen“ und führen Versuche zum Fliegen durch.

• Sie bauen selbst einfache, flugfähige Konstruktionen und können Eingriffe am Werkstück in seinen Folgen abschätzen.

• Sie erhalten einen kurzen Einblick in die Geschichte der Luftfahrzeuge.

• Sie erhalten Einblick in grundlegende Aspekte der Flugzeugtechnik.

• Sie erfahren, dass das Flugzeug bis heute das sicherste Verkehrsmittel ist.

• Sie fertigen ein einfaches Gleitermodell an, zu welchem sie zielgerichtet Werkzeuge, Maschinen und Arbeitstechniken aus der Holztechnik einsetzen.

Anmerkungen zum Thema:

Kein anderes Verkehrsmittel hat die Verbindung zwischen Völkern und Staaten so entscheidend beeinflusst wie das Flugzeug. Den Landfahrzeugen stellen sich Meere und Ozeane als unüberbrückbare Hindernisse entgegen; selbst Gebirge und größere Binnenseen erfordern noch heute umfangreiche technische

Anstrengungen zur Überwindung. Der Zugverkehr benötigt ein spezielles Schienennetz, an das moderne Schnellzüge hohe Ansprüche stellen. Die Ozeane wiederum lassen sich nur durch Schiffe bewältigen, deren Einsatzmöglichkeit im Hafen endet.

Nur das Flugzeug überwindet alle Hindernisse: Wüsten und Gebirge, Flüsse und Ozeane, Steppen und Urwälder. Noch dazu befördert es nicht nur Personen, sondern auch unzählige Güter mit einer Geschwin- digkeit, die bislang von keinem Verkehrsmittel erreicht wird.

Die Technik eines modernen Jets ist kompliziert, aber faszinierend – der Pilotenberuf anstrengend und gleichzeitig einer der schönsten der Welt.

Viele Schüler haben eine positive Grundeinstellung zu diesem Themenbereich, sodass sie sich begeistert in das Unterrichtsgeschehen stürzen werden.

In diesem Beitrag möchte ich ein einfaches Werkstück („Balsa-Gleiter“) vorstellen, mit dessen Hilfe die Schüler Einblicke in die Funktionsweise des Phänomens „Fliegen“ erhalten und darüber hinaus anhand einer ausgedehnten „Experimentalphase“ einzelne Aspekte handlungsorientiert erkunden. Weitere

„Handversuche“ runden diese Unterrichtseinheit ab.

Die Unterrichtseinheit besteht aus zwei Abschnitten, die beliebig kombinierbar sind:

1. Theorieeinheit: Das Phänomen „Fliegen“

2. Praxiseinheit: Bau des Gleiters

Denkbar ist, dass man zunächst den ersten Teil mit all seinen Handversuchen vollständig abhandelt, bevor man dann an den Bau des Gleiters (was bei vorbereitetem Material in der Unterstufe in ca. zwei Doppelstunden durchgeführt werden kann) geht.

Ich selbst wählte zumeist den Weg, dass ich den Praxisteil „Balsa-Gleiter“ in den Theorieteil integriere.

Sobald im Theorieteil der Bereich „Benennungen“ ansteht, werden die für das Werkstück notwendigen Teile einbezogen, das Material vorbereitet (also: Rumpf, Tragflächen, Ruder – nach Plan aufzeichnen und aussägen). Schrittweise entsteht so, zusammen mit dem theoretischen Hintergrund, das Werkstück. Dafür entfällt dann meist der Bau des Zimmerbumerangs.

(c) Olzog Verlag GmbH

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Hier nun die Übersicht über den „Theorieblock“, wie er dann nachfolgend beschrieben ist:

Vorbereitung/Benötigte Materialien:

• Lehrerdemonstrationsversuch (vgl. M 2) vorbereiten

• Arbeitsblätter im Klassensatz kopieren (vgl. M 3, M 5, M 6, M 10, M 12, M 13, M 14, M 16, M 19, M 21)

• Folien herstellen (vgl. M4, M 7, M 8, M 15, M 17, M 18, M 20)

• Luftballons

• Arbeitsblatt (vgl. M 9) auf dickeres Papier (160 oder 210 g/qm) kopieren

• Scheren, Klebestifte

• „Handversuche“ Propeller/Turbine vorbereiten: kleines Modell (nach Abbildung in Schritt 7) herstellen;

Bezugsquelle für die Luftschraube: Spielzeughandel; Luftballons

• A5-Papiere

• Grundmaterial für den Balsa-Gleiter (siehe Materialliste M 21)

• Alternativ kann sich die Lehrkraft hier viel Aufwand sparen, wenn sie die „Werkpackungen“ der Fa.

OPITEC erwirbt, die für jeden Schüler einen kompletten Bausatz incl. aller benötigter Materialien vorhält!

Vernetzungsmöglichkeiten mit anderen Fächern:

Da sich diese Unterrichtseinheit sehr stark auch mit dem „Stoff Luft“ beschäftigt, wäre eine parallele Betrachtung dieses Themas in den Bereichen Physik und Chemie (Luft als Stoffgemisch, Zusammensetzung der Luft, Dichte-Begriff, …) natürlich förderlich. Durch Absprache mit den entsprechenden Fachkollegen wäre eine Ausweitung der Versuche auch in diesen Fächern möglich. Somit könnten die Experimente des Technikunterrichts ergänzt bzw. abgerundet werden.

Angaben zur Unterrichtsmethode:

→ Die Mindmap-Technik (vgl. Beitrag 0.3.7)

→ Das Experiment (vgl. Beitrag 0.3.2)

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Vorüberlegungen

Sicherheitshinweise:

Sicherheitshinweise beim Umgang mit scharfen Messern bzw. der Laubsäge! Verletzungsgefahr bei nicht sachgerechtem Umgang mit dem Gerät.

Bei großen Gruppen sollten die Wurfversuche mit dem Flitzi „etappenweise“ erfolgen, damit im engen Klassenraum „nichts ins Auge geht“. Hier sollten eventuell gemeinsam Regeln (bzgl. Sicherheit) erarbeitet werden.

Unterrichtsverlauf:

Teil I: Das Phänomen „Fliegen“

1. Schritt: Bestimmung des Vorwissens der Schüler – Map „Flugmaschinen“

2. Schritt: Die Zusammensetzung der Luft 3. Schritt: Schülerversuch mit Luftballon 4. Schritt: Der Heißluftballon

5. Schritt: Der Unterschied zwischen „Fahren“ und „Fliegen“ in der Luft 6. Schritt: Ein Zimmerbumerang

7. Schritt: Flugzeugantriebe 8. Schritt: Auftrieb und Tragfläche

9. Schritt: Der erste „Flitzi“ – Bezeichnungen am Flugzeug 10. Schritt: Ein „Kunstflug-Flitzi“

11. Schritt: Start und Landung; Flugsicherheit Teil II: Bauanleitung für den Balsa-Gleiter

1. Schritt: Übertragen der Vorlage auf das Balsaholz 2. Schritt: Aussägen der Rohlinge

3. Schritt: Befestigung des Höhenleitwerks 4. Schritt: Das Seitenleitwerk wird befestigt 5. Schritt: Montage der Tragflächen

6. Schritt: Erste Flugversuche – Austrimmen des Modells 7. Schritt: Einfliegen des Modells

Varianten und Alternativen:

Neben dem vorgeschlagenen Werkstück gibt es eine Reihe weiterer, einfach zu bauender Gleiter. Pläne hier- zu findet man in vielen Schulbüchern und im Internet.

Anstelle des Gleiters kann natürlich auch ein anderes Fluggerät gefertigt werden: Vom Heißluftballon (hervorragend zur Teamarbeit geeignet) bis hin zu selbstgefertigten Bumerangs bietet diese Unterrichtseinheit mannigfaltige Anbindungsmöglichkeiten.

Im Internet (sowie einigen Schulbüchern) findet man Bauanleitungen für einen Heißluftballon. Dies wäre ein alternatives Werkstück zum Balsa-Gleiter, das bei den Schülern – aus der Erfahrung des Autors – eben- falls sehr gut ankommt. Um den optimalen Erfolg bei diesem Werkstück erreichen zu können, empfiehlt es sich, diese Einheit im Winter durchzuführen (größtmögliche Temperaturdifferenz zwischen Heißluft und Umgebungsluft!).

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Ideenbörse Naturwissenschaften Sekundarstufe I, Ausgabe 5, 02/2007 5 Teil I: Das Phänomen „Fliegen“

1. Schritt: Bestimmung des Vorwissens der Schüler – Map „Flugmaschinen“

Mit dieser Einführungsstunde nähert man sich dem Thema an. Man fordert die Schüler zunächst auf, ihnen bekannte „Flugmaschinen“ zu sammeln:

„Wir beginnen heute mit einer neuen Unterrichtseinheit, mit der wir das Phänomen

‚Fliegen’ erkunden werden. Nennt mir bitte nun Flugmaschinen – also alle Maschinen und Hilfseinrichtungen –, die die Menschheit zur Fortbewegung in der Luft erfunden hat.“

Die Lehrkraft wird die genannten Begriffe an der Tafel notieren. Dabei empfiehlt es sich, die Maschinen evtl. bereits in einer ersten Gliederung nach Obergruppen zusammenzufassen und eine Mind-Map (vgl. M 1) an der Tafel zu verfassen.

Während des Sammelns der Begriffe fordert die Lehrkraft einzelne Schüler bei der Nennung eines Begriffes auf, einige bekannte Aspekte zu diesem Thema zu nennen. Eventuell kann die Lehrkraft auch nachfragen, was den/die Schüler interessiert. So kann das nachfolgende Unterrichtsgeschehen weiter auf die Gruppe abgestimmt werden. Zudem können nach Bedarf dann auch Schwerpunkte zu einzelnen Aspekten herausgearbeitet werden.

Nachdem wesentliche „Bereiche“ der Flugmaschinen abgedeckt sind und das Vorwissen soweit herausgearbeitet ist, wird die Mind-Map (vgl. M 1) ins Heft übernommen. Dabei empfiehlt es sich, zu einzelnen Begriffen ggf. kleine Skizzen (z.B. einen kleinen Zeppelin, Heißluftballon, Doppeldecker, …) zu ergänzen – so prägt sich die Mind-Map noch stärker ein (Verknüpfung linke und rechte Hirnhemisphäre).

2. Schritt: Die Zusammensetzung der Luft

Im folgenden Unterrichtsabschnitt richtet sich das Augenmerk auf das „Medium“, in welchem das Phänomen Fliegen stattfindet: die Luft.

Je nach Vorwissen der Schüler aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht (vgl. Beitrag 2.1.4 Aufbau und Zusammensetzung der Luft) ist hier eine Differenzierung geboten:

Bei nur geringem Kenntnisstand beginnt die Lehrkraft mit dem Lehrerdemonstrationsver- such Kerzenschiff (vgl. M 2). Sie erläutert den Aufbau und fordert die Schüler auf:

„Stellt Vermutungen an, was nun passieren wird, wenn ich den Stöpsel aufsetze, nachdem ich die Kerze angezündet habe.“

Die Lehrkraft steuert das Unterrichtsgespräch und notiert evtl. die Thesen an der Tafel.

Dann führt sie den Versuch durch, der im Anschluss besprochen wird.

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Unterrichtsverlauf

4. Schritt: Der Heißluftballon

Das im 3. Schritt kennengelernte Prinzip führt zum Heißluftballon. Bevor man sich dem Aufbau dieser Flugmaschine zuwendet, gibt der Infotext Ein Streifzug durch die Geschichte der Flugmaschinen (vgl. M 5) einen kleinen Überblick über die Geschichte der Flugmaschinen:

Wie weit man diese Unterrichtsphase ausdehnen mag, liegt an der zur Verfügung stehenden Zeit. Denkbar ist eine Kleingruppenarbeit, die von der einfachen Textbearbeitung (z.B.

mit der 5-Schritte-Lesetechnik, vgl. Beitrag 0.3.8) bis hin zur anspruchsvolleren Arbeit (z.B.

in Verbindung mit einer Internetrecherche), die einzelne Aspekte vertieft und/oder ergänzt, (vgl. auch Beitrag 5.3.1 Die Ortsumgehung Hornberg – Dokumentation einer Baustelle) mit anschließender (Mini-)Präsentation reicht.

Zur Abrundung kann nun ggf. noch der Weg vom Heißluftballon (ungesteuerter Flug) zum Zeppelin (gesteuerter Flug; auch bei Jüngeren oft bekannt: Das Drama um das LZ 129 – Hindenburg) kurz aufgezeigt werden (vgl. M 8).

5. Schritt: Der Unterschied zwischen „Fahren“ und „Fliegen“ in der Luft Im nun folgenden Übergang zum eigentlichen „Flugzeug“ wird mit den Schülern noch einmal der Unterschied in der Begrifflichkeit herausgearbeitet.

„Beim Heißluftballon wurde von der Luft-FAHRT gesprochen. Ein Flugzeug jedoch FLIEGT.

Wo ist hier der Unterschied zu sehen?“

Im nachfolgenden Unterrichtsgespräch sollte herauskommen, dass man immer dann von

„Fahrt“ spricht, wenn das zugrunde liegende Prinzip die „Art“ des Auftriebs wiedergibt:

„Flugmaschinen, die wie der Heißluftballon den Auftrieb über die Dichte erzeugen, fah- ren. Maschinen, die sehr viel schwerer sind, erzeugen den notwendigen Auftrieb über die Tragflächen – hier spricht man dann von Fliegerei. Vögel sind hier das klassische Beispiel.“

6. Schritt: Ein Zimmerbumerang

Da der Autor auch Sport unterrichtet hat, wurde diese kleine Unterrichtssequenz gerne an dieser Stelle als kleine „Fingerübung“ eingestreut – ein Bumerang, der nach dem Abwurf auch wirklich zurückkommt und das sogar im Zimmer!

Die Vorlage Ein Zimmerbumerang (vgl. M 9) wird auf dickeres Papier (mind. 160 g/qm, besser 210 – erhältlich im Schreibwarenhandel, wird jedoch nicht von jedem Kopierer noch eingezogen!) kopiert und ausgeteilt.

„Ihr schneidet die Vorlage genau aus. Nach dem Ausschneiden müssen die Flügel noch mit einem Profil versehen werden. Je nachdem, ob ihr Links- oder Rechtshänder seid, müssen die mit R oder L markierten Flügelabschnitte entlang der gekennzeichneten Kante nach unten geknickt werden. Dies macht man, indem man den Flügel an einer Tischkante anlegt und ihn etwa 20 bis 30 Grad abknickt.“

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Ideenbörse Naturwissenschaften Sekundarstufe I, Ausgabe 5, 02/2007 9 2. Die Luftballons werden ausgeteilt, aufgeblasen und dann losgelassen. Dieser Antrieb ent-

spricht dem, was eine Turbine in etwa bewirkt.

Gemeinsam wird nun das Arbeitsblatt Antriebe im Flugzeugbau (vgl. M 10, Lösungen vgl.

M 11) ausgefüllt.

8. Schritt: Auftrieb und Tragfläche

Nun wird mit einem kleinen Schülerversuch die Bedeutung der Tragfläche erkundet:

„Halte dünnes Papier (DIN A5) unter deine Lippen und blase kräftig darüber hinweg. Was kannst du beobachten?“

Mit diesem verblüffend einfachen Experiment kann die Funktionsweise der Tragfläche ein- drucksvoll erfahren werden.

„Das Blatt wird angehoben und schwebt bei konstantem Blasen im Luftstrom.“

Um dieses Phänomen nun theoretisch zu ergründen, wird gemeinsam der Infotext Warum hebt ein Jumbo-Jet mit 340 Tonnen Startgewicht ab? (vgl. M 12) gelesen und die wichtigen Aussagen markiert. Der Arbeitsauftrag lautet:

„Versucht einmal, die Informationen in eine kleine Skizze umzusetzen.“

Das Ergebnis, das später im Plenum gemeinsam abgeglichen wird, könnte wie folgt aussehen:

Nachdem dies soweit verstanden ist, wird als Nächstes der erste Papierflieger hergestellt.

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Unterrichtsverlauf

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9. Schritt: Der erste „Flitzi“ – Bezeichnungen am Flugzeug

Mithilfe des Arbeitsblattes Vorlage und Bauanleitung „Flitzi“ (vgl. M 13) wird nun der erste Papierflieger hergestellt.

Mit diesem werden erste Flugversuche durchgeführt, bevor man zum Abschluss dann noch einmal im Plenum zusammenkommt, um technische Fachbegriffe gemeinsam anhand des Arbeitsblattes Bezeichnungen am Flugzeug (vgl. M 14, Lösungsfolie vgl. M 15) zu erarbeiten.

10. Schritt: Ein „Kunstflug-Flitzi“

Nun wird ein „Kunstflieger“ hergestellt nach dem Arbeitsblatt Vorlage und Bauanleitung

„Kunstflug-Flitzi“ (vgl. M 16), mit dessen Hilfe die Auswirkungen der einzelnen Ruder aus- probiert werden sollen.

Dabei muss bzgl. der Querruder noch ein Hinweis gegeben werden:

„Baut nun nach der Anleitung den Kunstflieger und probiert aus, was das Verstellen der ein- zelnen Ruder beim Flug bewirkt. Beim Querruder wird immer entgegengesetzt eingestellt, d.h., wenn ihr am einen Flügel die Klappe nach oben stellt, wird sie am anderen Flügel gleich weit nach unten gebogen. Notiert euch, was die Veränderungen bewirken.“

Bereits nach kurzer Zeit dürften die Schüler die Wirkungsweise der Ruder verstanden haben:

• Bewegt man das Seitenruder, so fliegt der Flieger eine Kurve in die entsprechende Richtung.

• Bewegt man das Höhenleitwerk, so steigt oder sinkt der Flieger — mit etwas Geschick ist ein „Looping“ einfach hinzubekommen.

• Die Querruder sorgen dafür, dass sich der Flieger um die eigene Achse drehen kann.

Gewiefte Werfer bekommen damit sogar „Schrauben“ hin.

Mithilfe der Folie Funktion der Ruder (die ggf. auch als Arbeitsblatt ausgegeben werden kann, vgl. M 17) werden nun die Ergebnisse im Plenum abgeglichen. Wer möchte, kann dabei sein spezielles Kunststück mit dem „Kunstflug-Flitzi“ vorführen.

11. Schritt: Start und Landung; Flugsicherheit

Nachdem soweit die wesentlichen Techniken des Fliegens erkundet sind, werden in der letz- ten Theorieeinheit noch zwei weitere interessante Aspekte angesprochen: Start und Landung sowie Flugsicherheit.

Hier empfiehlt es sich wieder, die Schüler aus ihrer Erlebnis- und Erfahrungswelt berichten zu lassen. Schon manch jüngere Schüler haben Erfahrung durch den Flug in den Urlaub, wo sie unmittelbar mit Sicherheitstechnik konfrontiert wurden. Dieses Wissen gilt es zu erfragen und darauf aufbauend diesen Bereich kurz anzusprechen.

„Seid ihr schon einmal z.B. in den Urlaub geflogen. Wer kann darüber berichten, was man dabei so alles erlebt?“

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2. Schritt: Aussägen der Rohlinge

• Das Übertragen kann mittels Kohlepapier erfolgen (durchpausen). Manchmal ist es jedoch besser, die ausgeschnittenen Teile direkt auf das Balsaholz zu „heften“ (Klebestift) und den Umriss mit der Laubsäge (oder einem scharfen Messer – Vorsicht: Schnittgefahr!) auszusägen.

• Alle ausgeschnittenen Einzelteile werden mit feinem Schmirgelpapier (Körnung > 120) ge- schliffen.

• Die Einzelteile müssen gut abgebürstet werden, damit kein Schleifstaub an ihnen haften bleibt.

3. Schritt: Befestigung des Höhenleitwerks

Das Rumpfende wird auf die Mittellinie des Höhenleitwerks geleimt. Dabei empfiehlt es sich, das Rumpfende in den ersten Minuten sanft auf das Ruder aufzupressen. (Verwendung von schnelltrocknendem Holzleim ist empfehlenswert!)

4. Schritt: Das Seitenleitwerk wird befestigt

• Das vorbereitete Bauteil wird nun senkrecht auf das Rumpfende aufgeleimt.

• Hierbei muss man darauf achten, dass die „Heckflosse“ später auch wirklich senkrecht steht und auch seitlich nicht verdreht ist, dies würde die Flugeigenschaften des Gleiters stark beeinträchtigen. Zur Sicherheit kann man die Konstruktion mit geeigneten Holzleisten links und rechts abstützen.

• Manche Schüler haben zudem folgenden Trick „entwickelt“:

• Sie stecken zwei Stecknadeln ins Rumpfende – die Köpfe werden mit einem Seitenschneider schräg abgezwickt. Nun drückt man vorsichtig die Heckflosse auf die vorgesehene Position, sodass die Verbindungsstelle markiert wird. Mit einer weiteren Stecknadel werden nun die

„Kanäle“ in die Heckflosse vorgestochen, sodass nach der Verleimung mit dem Rumpfende die beiden Stecknadeln als zusätzliche Stabilisatoren dienen.

5. Schritt: Montage der Tragflächen

• Die genaue Position der Tragflächen wird aus dem Bauplan übertragen. Dabei ist es wichtig, dass der Schwerpunkt (mit S gekennzeichnet) bei etwa 2/3 der Kantholzleiste zu liegen kommt!

• Zunächst werden links und rechts am Rumpf die beiden Kieferleisten befestigt (Holzleim) – dabei sollte während des Trocknungsvorganges Druck ausgeübt werden (Einhand- oder Schraubzwingen), damit eine möglichst innige Verbindung erreicht wird. Die Oberkanten der Leisten sind dabei bündig mit dem Rumpf.

• Nun werden die vorbereiteten 50 Millimeter großen Hilfsleisten seitlich zum Rumpf genau unter das Ende der Tragflächen platziert.

• Die Oberkante der Kiefernleisten sowie der Rumpf wird nun gut mit Holzleim vorbereitet, bevor man dann die Tragflächen nacheinander in einer leichten V-Stellung (bedingt durch die rund zwei Zentimeter höheren Vierkantleisten) exakt im rechten Winkel zum Rumpf anbringt.

• Nun lässt man die ganze Konstruktion etwa drei Stunden aushärten – nur dann sind

„Bruchlandungen“ vermeidbar!

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Unterrichtsverlauf

6. Schritt: Erste Flugversuche – Austrimmen des Modells

Bevor man den ersten Flugversuch unternehmen kann, muss das Modell ausgetrimmt werden:

• Unterstützt man es am Schwerpunkt, so muss es exakt die Waage halten. Um dies festzustel- len, überträgt man die Schwerpunktmarkierung des Plans auf das Modell (das später noch mit Buntstiften, Lasuren oder Farbe verziert werden kann).

• Man legt das Modell an dieser Stelle auf einen Bleistift (o.Ä.) – nun wird sich das Modell sicher nach hinten verlagern und an der Heckflosse abstützen.

• Hier kommt nun das „Trimmblei“ zum Einsatz: Man schneidet ein ca. 1 bis 2 cm lan- ges Stück ab, biegt es und klemmt es auf die Nase des Modells. Durch Verschieben des Bleigewichtes wird versucht, das Modell in die Waage zu bekommen (d.h. es „schwebt“ auf dem Bleistift im Gleichgewicht). An dieser Position wird das Bleigewicht noch einmal fes- ter angedrückt – dem ersten Start steht nun nichts mehr im Wege.

7. Schritt: Einfliegen des Modells

Sind alle Gleiter fertiggestellt, so erfolgt die spaßigste Phase: Gemeinsam geht man ins Freie und lässt die Gleiter fliegen. Dabei können auch „interne Rangkämpfe“ („Wessen Gleiter fliegt am weitesten, geradesten, …“?) ausgefochten werden.

„Haltet euer Modell mit Daumen und Zeigefinger in Höhe des Schwerpunktes. Werft den Gleiter mit Schwung nach vorne. Achtet darauf, dass ihr ihn nicht nach oben werft!“

Bei schwachem Wind können die Gleiter noch hervorragend eingesetzt werden; dabei sind die Gleiter immer gegen den Wind zu starten!

Bei den ersten Würfen sollte die Flugbewegung noch genau beobachtet werden, um eventuelle Verbesserungen am Modell vornehmen zu können:

• Der Gleiter steigt immer wieder, um dann mit der „Nase“ abzusacken.

Dieser „Flatterflug“ kommt dadurch zustande, dass das Modell schwanzlastig ist. Hier muss die Position des Bleigewichtes verändert oder ggf. ein größeres Stück aufgebracht werden, um vorne mehr Gewicht zu erzeugen.

• Der Gleiter beschreibt eine beständige Kurve in Richtung Boden und legt nur eine geringe Strecke zurück.

In diesem Falle ist das Modell kopflastig getrimmt. Hier muss der Bleianteil verringert oder das Bleigewicht in Richtung Tragfläche verschoben werden.

Ein richtig ausgetrimmtes Modell bewegt sich in einer ganz sanften Kurve fast geradlinig auf den Boden zu.

• Fliegt das Modell zu starke Kurven, so liegen meist Konstruktionsfehler in der Form vor, dass nicht sorgfältig genug gearbeitet wurde:

1. Die Tragflächen sind verdreht oder verzogen.

2. Die Tragflächen sind nicht gleich groß (und damit unterschiedlich schwer).

3. Das Seitenleitwerk ist schief aufgeklebt.

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Mind-Map „Flugmaschinen“

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Texte und Materialien

M 3

Zusammensetzung der Luft

Viele Menschen machen sich über die sie umgebende Luft keinerlei Gedanken. Aber was ist Luft eigent- lich? Man kann sie weder sehen, riechen noch schmecken.

Jedes Feuer benötigt Luft zum Brennen!

Stülpt man ein Glas über eine brennende Kerze, die im Wasser schwimmt, dann müsste die Kerze eigent- lich unbehelligt weiterbrennen können. Erstaunt stellen wir aber im sogenannten Feuerschiffversuch fest, ______________________________________________________________________________________

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Ein Hauptbestandteil der Luft ist Sauerstoff.

Dieser wird für die Verbrennung benötigt, ohne ihn ist kein Leben auf unserer Erde möglich.

Zudem gibt es jedoch eine ganze Reihe anderer Stoffe. So ist in der Luft z.B. über- wiegend Stickstoff enthalten. Dann gibt es kleinere Anteile von Kohlendioxid und Wasserdampf sowie Spuren sogenannter Edelgase.

Luft ist also ein Gemisch aus vielen gas- förmigen Stoffen!

Stickstoff Sauerstoff

Kohlendioxid / Wasserdampf Edelgase

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Ideenbörse Naturwissenschaften Sekundarstufe I, Ausgabe 5, 02/2007 19 Ein Streifzug durch die Geschichte der Flugmaschinen

Begibt man sich auf einen Streifzug durch die Geschichte der Fliegerei, so muss man von Beginn an zwei verschiedene „Strömungen“ beachten:

Zunächst einmal die „Leichter-als-Luft-Pioniere“: Die (theoretische) Voraussetzung für diesen Erfolg schuf der italienische Physiker Torricelli (1608-1647), der nachwies, dass Luft und andere Gase Ge- wicht und Dichte haben. Diese Entdeckung markiert den Beginn der Aerostatik, der Lehre von den Gleichgewichtszuständen ruhender Gase. Nun konnte auch erforscht werden, unter welchen Bedingungen ein Körper in der Luft Auftrieb erfährt. Im Jahr 1766 entdeckte der englische Wissenschaftler Henry Cavendish schließlich ein Gas, das leichter als Luft ist: der Wasserstoff.

Der erste Ballon erhob sich jedoch nicht mithilfe von Wasserstoffgas, sondern mit einfacher Heißluft.

Am 21. November 1783 erhob sich ein Heißluftballon mit dem Physiker de Rozier sowie dem Marquis d´Arlandes an Bord in die Pariser Luft. Die Idee für den Heißluftballon ging auf eine Idee der Brüder Montgolfier zurück. Diese hatten erkannt, dass heiße Luft Auftrieb erzeugt und sogar eine Ballonhülle in die Luft heben kann. Zeitgleich mit den Montgolfiers kam jedoch auch der Physiker A. C. Charles auf die Idee, einen Ballon steigen zu lassen – sein selbst konstruierter Ballon erhob sich jedoch nicht mit Heißluft, sondern mit Wasserstoffgas.

Doch schon lange vor diesen ersten Versuchen träumte die Menschheit vom Fliegen – Mythen und Legenden erzählen von alters her auch von Flugversuchen:

Vom chinesischen Kaiser Shun, der von 2258 bis 2208 vor Christi Geburt lebte, wird so z.B. berichtet, dass er die Kunst erlangte, wie ein Vogel zu fliegen.

Bekannt ist auch die Geschichte von Dädalus und Ikarus. Nach diesem griechischen Mythos wurden die beiden vom König Minos auf Kreta gefangen gehalten. Sie flüchteten von dort auf dem einzigen Weg, der sie aus dem Labyrinth von Knossos führen konnte: durch die Luft. Dädalus baute zu diesem Zweck Fluggeräte aus Adlerschwingen, die er mit Wachs verklebte. Er konnte nicht ahnen, dass sein Sohn so begeistert von der Fliegerei sein würde, dass er weitaus höher flog, als für die Flucht notwendig gewesen wäre. Berauscht vom Fliegen stieg er höher und höher, bis die Sonne das Wachs schmolz, sein Fluggerät sich auflöste und er zu Tode stürzte (im nach ihm benannten Ikarischen Meer).

Das Mittelalter war dann geradezu eine Blütezeit der Fliegerei: Hexen und Geister, Feen, Luftgeister, Dä- monen und Engel durcheilten den Luftraum. Das Fliegen war etwas Übernatürliches, nicht für Menschen gedacht. Insbesondere die Hexen, die „bösen Zauberweiber“ auf ihren fliegenden Besen, mussten mit ihrem Leben dafür büßen, dass sie angeblich geflogen waren – schon eine einzige Zeugenaussage reichte für eine Verurteilung – den Tod auf dem Scheiterhaufen – aus.

Als „Universalgenie“ beschäftigte sich auch Leonardo da Vinci (1452-1519) mit der Fliegerei. Dabei stand für ihn fest, dass – wenn man die Geheimnisse des Fliegens ergründen will – man sich zuerst einmal mit dem Vogelflug beschäftigen müsse. In Hunderten von Skizzen hielt er den Vogelflug bis ins winzigste Detail hinein fest. 1505 gab er vier Bände heraus, die sich mit der Anatomie der Vögel und ihren Flugfähigkeiten befassten. Allerdings schien ihm der Flug von Insekten und Fledermäusen eher geeignet, vom Menschen nachgeahmt zu werden: Er konstruierte ein „Schwingenfluggerät“ mit dem Namen Vogel, die Flügel aber, die mit Muskelkraft bewegt werden sollten, glichen eher denen einer Fledermaus. Gebaut hat Leonardo diese Geräte ebenso wenig wie die von ihm entworfene „Luftschraube“ (ein Vorläufer des Hubschraubers) oder seinen Fallschirm. Geräte, die nach seinen Skizzen in unserer Zeit erbaut wurden, konnten jedoch beweisen, dass seine theoretischen Geräte auch in der Praxis funktionieren!

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Texte und Materialien

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Lösung zu Arbeitsblatt M 10

Pr opeller Düsentriebwerk

Bei der „Luftschraube“ wird durch die Drehung Luft von vorne angesaugt. Durch die „Schraubenbewegung“ wird diese nach hinten weggedrückt, sodass sich die Schraube selbst nach vorne bewegt.

Beim Düsentriebwerk wird über das Fan-Laufrad (außen links) Luft in das Gehäuse gesaugt. Der größte Teil durchströmt das Gehäuse im Inneren, kühlt das Aggregat und tritt am hinteren Ende stark beschleunigt wieder aus dem Gehäuse aus. Ein Teil der Luft wird in den Verdichter (grauer Bereich) geführt, wo er zusammengepresst und in die Brennkammer geführt wird. Hier wird nun Brennstoff (Kerosin) eingespritzt und entzündet. Bei der Verbrennung entstehen sehr heiße Gase, die sich stark ausdehnen. Nun treffen diese Gase zunächst auf die mit dem Verdichter und dem Fan-Laufrad verbundene Turbine. Diese wird in Drehung versetzt und treibt so das Triebwerk an. An der Schubdüse (schwarzer Kegel am rechten Rand) vereinigen sich nun die heißen und die kalten Gase und treiben den Jet nach vorne!

M 11

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Bezeichnungen am Flugzeug

Der Fahrtwind hat die Begriffe davongewirbelt!

Trage die unten stehenden Begriffe in der Zeichnung ein, markiere mit Farben.

Tragfläche – Querruder – Rumpf – Seitenruder – Cockpit – Fahrwerk – Höhenruder