Statischer Auftrieb/Thermik, Dynamischer Auftrieb/ Bernoulli’sches Gesetz Rückstoßprinzip/Impulssatz

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Ld3

- Versuchbeschreibung „Wir zaubern mit ^bewegter Luft“

Statischer Auftrieb/Thermik, Dynamischer Auftrieb/ Bernoulli’sches Gesetz Rückstoßprinzip/Impulssatz

Versuche Material Bemerkungen

Einleitung.

Was wisst ihr über die Luft und den Luftdruck?

In welchen Versuchen haben wir Überdruck erlebt? In welchen Unterdruck? Und in welchen haben wir den Umgebungsdruck nachgewiesen? Was ist leichter als Luft? Was schwerer? (Analogie zum Wasser)

Welche Luftobjekte gibt es? Wann können Luftobjekte fliegen? Schautafel „Flugobjekte und ihre Flughöhen“.

Welche Bedingung muss erfüllt sein?

Heute wollen wir uns überlegen, warum die Luftfahrzeuge fliegen.

Hinweis: Die Versuche L1 bis L9 befassen sich mit ruhender Luft und sind in der Dokumentation Luft 1+2 enthalten.

L10

Küssende Blätter

Zwei nach außen gewölbte Blätter werden an ihren Ecken dicht neben einander gehalten. Bläst man durch sie hindurch, bewegen sie sich auf einander zu.

Erläuterung:

In strömender Luft entsteht Unterdruck

(Bernoulli’sches Gesetz). Der zwischen den Blättern entstehende Unterdruck zusammen mit dem auf die Blätter wirkenden Umgebungsdruck zieht die Blätter zusammen. Wir sprechen von „dynamischem Aufrieb“, hervorgerufen durch strömende Luft. Die Auswirkungen des Bernoulli’schen Gesetzes sind oft unerwartet, daher die Bezeichnung

„Aerodynamisches Paradoxon“

10 feste Papierblätter mit „küssenden“

Gesichtern

5x Aerodynamisches Paradoxon Auf knallende Türen bei Durchzug hinweisen

L11

Hungriger Trichter

In den Auslauf eines kleinen Plastiktrichters ist ein Strohhalm mit Tesafilm geklebt. Hält man nun den Trichter über den Styroporball und bläst fest durch den Strohhalm in den Trichter, kann man die in einer Schale liegende Styroporkugel anheben und in ein Glas transportieren.

Erläuterung:

In strömender Luft entsteht Unterdruck

(Bernoulli’sches Gesetz). Der durch die strömende Luft entstehende Unterdruck ist größer als die Gewichtskraft der Kugel und saugt sie an. Man kann die Kugel durch Blasen in der Schwebe halten.

Alternativ zum Plastiktrichter kann man auch einen kleinen Papierkegel bauen.

Ein kreisförmiges Blatt von 10cm Durchmesser ausschneiden, zu einem Kegel formen und

zusammenkleben. Durch die Spitze einen Strohhalm stecken und mit Tesafilm gut abdichten.

5 Plastiktrichter

mit eingeklebtem Strohhalm

5 Styroporkugeln

(Tischtennisball-Größe)

25 Strohhalmstücke

(aus hygienischen Gründen

) 5 Schalen

5 Becher

5x

Aerodynamisches Paradoxon In strömender Luft entsteht Unterdruck; je stärker die Luftströmung ist, desto größer wird der Unterdruck

L12

Raketenballon

Zwei Strohhalmstücke werden auf eine Angelschnur gezogen. Die Angelschnur wird durch den Raum gespannt.

Mit Tesafilm wird ein aufgeblasener Luftballon an den Strohhalmstücken befestigt und dann losgelassen.

Variationsmöglichkeiten:

 Wettschweben mit zwei Raketenbahnen

 zwei Ballons auf einander zu rasen lassen.

[1] – Seite 85

2 Angelschnurrollen 4 Strohhalmstücke Tesafilmrolle

10 längliche Luftballons 5 Ballonpumpen

Rückstoß

Die Luft im Ballon hat einen höheren Druck als die Umgebungsluft und strömt aus.

Die ausströmende Luft treibt den Ballon vorwärts, und zwar in die entgegen gesetzte Richtung. Das Rückstoßprinzips folgt dem Impuls- satz:

m

¹

x v

¹

= m

²

x v

²

m1 = ausströmende Luft

v1 = Geschw. der ausströmenden Luft m2 = Ballonmasse mit Restluft v2 = Ballongeschw. mit Restluft

www.zauberhafte-physik.net

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Stand: 18.11.2014

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Ld3 Versuchsbeschreibung „Wir zaubern mit ^bewegter Luft“ - Fortsetzung 1

Versuche Material Anmerkungen

L13 Wasserspiele A u s s o r t i e r t

Demo

L14

Papierspirale

(Papierspirale ausschneiden. An einem ihrer Enden einen Zwirnsfaden befestigen).

Ein Teelicht in ein Glas stellen und anzünden. Die Spirale am Faden hochheben und über das brennende Teelicht halten. Die erwärmte Luft dreht die Spirale. Im Winter können die Spiralen auch über die Heizkörper gehalten werden.

Hinweis.

Die sich drehenden Spiralen sehen noch schöner aus, wenn zuvor bemalt werden.

5 ausgeschnittene

Spiralen mit dünnem Faden (Faden mal an einem Ende, mal am anderen Ende der Spiralen befestigt)

5 Gläser 5 Teelichter 5 Gasanzünder

5x

Hinweis:

Gute Ergebnisse mit 120g-Papier;

den inneren Teil der Spirale möglichst schmal ausschneiden

Archimedisches Prinzip

Warme Luft ist leichter als kalte Luft, weil warme Teilchen sich stärker bewegen und andere Teilchen verdrängen; die Luft bekommt dadurch eine geringere Dichte.

L15

Raketenauto

Ein Kind hält das Raketenauto senkrecht, mit der Öffnung nach oben. Ein zweites Kind hält die Tülle der Ballonpumpe an die Öffnung und pumpt den Ballon auf. Sobald es die Tülle absetzt, muss das andere Kind die Öffnung zu halten. Dann wird das Raketenauto auf den Boden gesetzt, der Finger weggenommen und nun rast das Raketenauto los. Vorher die Fahrtrichtung des Autos von den Kindern erraten lassen.

Alternativ zum Kunststoffauto kann ein Raketenauto auch gebastelt werden.

Auf die Unterseite einer Schachtel (z.B.

Streichholzschachtel oder Tic-Tac-Box) werden quer zwei Strohhalmstücke mit Tesafilm geklebt.

Sie dienen als Lagerung für die sich drehenden Achsen.

Durch die Strohhalmstücke werden Zahnstocher als Achsen gesteckt und an ihren Enden schmale Korkscheiben als Räder befestigt.

Auf die Oberseite der Schachtel wird längs ein Strohhalm geklebt; an seinem einen Ende wird ein Luftballon befestigt.

Bläst man den Luftballon auf und setzt den Schachtelwagen auf den Boden, so wird er durch den Rückstoß der ausströmenden Luft

angetrieben.

5 Raketenautos mit aufgestecktem Ballon 5 Luftballonpumpen mit spitzer Tülle

www.sonnentaler.net/aktivitaete n/materiel/luft

Hinweis:

Beim Start der Raketenautos muss ein Kind den Luftauslass zuhalten und ein weiteres Kind den Ballon senkrecht halten, weil es anderenfalls passieren kann, dass er auf den Reifen schleift.

Rückstoß

Die Luft im Ballon hat einen höheren Druck als die Umgebungsluft und strömt aus;

Der Ballon bewegt sich aufgrund des Rückstoßprinzips

L16

Papierflieger

DINA4-Papier wird gemäß Skizze in der „Ld2 – Versuchsübersicht“ gefaltet.

Gruppenweise dürfen die Kinder auf die Stühle steigen und ihre Flieger auf Kommando fliegen lassen. Die Luft trägt

.

30 Blatt DINA4 Papier

A u s s o r t i e r t 30x

Luft trägt

Hinweis:

- Kinder ihren Namen auf ihren Flieger schreiben lassen.

- Spitze des Fliegers aus Sicherheitsgründen umknicken.

- Kinder darauf hinweisen, dass die Flieger von oben nach unten geführt werden müssen.

L17 Pustekugel A u s s o r t i e r t

L18 Korkenschießen Siehe Luft Teil 1

L19 Spritze und Saughaken Siehe Luft Teil 1

L20 Taucherglocke Siehe Luft Teil 2

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Ld3-Versuchsbeschreibung „Wir zaubern mit ^bewegter Luft“ - Fortsetzung 2

Versuche Material Bemerkungen

L21 CD-Gleiter A u s s o r t i e r t

L22 Fallschirm A u s s o r t i e r t

L23 Thermopropeller Bewegte Luft (Teil 4)

L24 Rotorscheibe mit Seilaufzug Bewegte Luft (Teil 4)

L25 Handpropeller Bewegte Luft (Teil 4)

L26a

Tanz auf dem Propeller

Eine Styroporkugel auf eine Papprolle setzen, dabei die Papprolle eventuell etwas zusammen drücken, damit die Styroporkugel nicht durchfällt.

Einen Handventilator senkrecht unter die Papprolle halten und anschalten. Die

Styroporkugel wird leicht abgehoben; sie tanzt im Luftstrom.

5 Papprollen (= Klorollen) 5 Styroporkugeln

(etwa 4 cm Durchmesser)

5 Batterie-Handventilatoren A u s s o r t i e r t

Aerodynamisches Paradoxon

In strömender Luft entsteht Unterdruck; je stärker die Luftströmung ist, desto größer wird der Unterdruck

26b

Tanz auf der Spielzeugpfeife

Den kleinen Ball auf die Spielzeugpfeife legen und dann kräftig in die Pfeife blasen. Der Ball tanzt im Luftstrom ohne davon zu fliegen.

5 Spielzeugpfeifen mit dazugehörigen Bällen oder Styroporkugeln

A u s s o r t i e r t

Aerodynamisches Paradoxon

26c

Tanz auf dem Strohhalm

Einen Strohhalm an der flexiblen Stelle um 90°

umknicken. Dann eine Tischtennisball-große Styroporkugel über das kurze Ende de

Strohhalms halten und in das lange Ende kräftig hinein blasen. Die Styroporkugel tanz in der Luft.

Der Strohhalm kann sogar etwas geneigt werden.

10 Styroporbälle (

Tischtennisball-Größe)

30 Strohhalme

2x 5 Tische

L27

Flugsimulator für Anfänger

Die Flügel-Prüfvorrichtung besteht aus einem hölzernen Sockel, in den zwei stumpfe

Stricknadeln gesteckt sind (zur Drehverhinderung des Flügelprofils). Am oberen Ende werden sie mit einem Joch parallel gehalten.

Auf die beiden parallel montierten Stricknadeln wird ein vorbereitetes Flügelprofil mit zwei Löchern gesteckt und das Joch auf die Enden der Stricknadeln gelegt.

Nun das Flügelprofil leicht oberhalb seiner gewölbten Fläche mit einem Handventilator anblasen. Durch geschicktes, schwenkendes Anblasen knapp oberhalb der Profiloberseite entsteht ein Unterdruck, der das Flügelprofil steigen lässt, den Ventilator nachführen.

5 Flügel-Prüfvorrichtungen bestehend aus Sockel, Joch und zwei Stricknadeln 5 Handventilatoren 10-15 Flügelprofile aus Papier mit je zwei Löchern

Batterien zur Reserve

5x

Aerodynamisches Paradoxon

Hinweis : Die Profile müssen ganz leicht auf den Stricknadeln gleiten können! Vor Einschalten des Ventilators ausprobieren!

Bei Beginn des Anströmens den Schwanz des Profils etwas mit dem Finger anheben.

Ventilator mitführen und geschickt schwenken.

L28

Ballonhubschrauber

Ein aufgeblasener Luftballon wird über den Ansatz eines Plastikpropellers gezogen und dann losgelassen. Durch die ausströmende Luft aus den Flügelspitzen dreht sich der Propeller (Rückstoßprinzip) und steigt nach oben.

5 Propeller 5 Luftballone 5 Luftballonpumpen

Bewegte Luft – (Teil 4)

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Ld3-Versuchsbeschreibung „Wir zaubern mit ^bewegter Luft“ - Fortsetzung 3

Versuche Material Bemerkungen

L29

Springendes Kind

Ein Rollbrett wird in einem Abstand von ca 1 Meter vor einen Fußabtreter gelegt, ein Kind steigt auf das Rollbrett und springt mit einem großen Schritt wieder herunter. Das Rollbrett saust nach hinten weg - entgegen gesetzt zur Sprungrichtung und wird vom Fußabtreter gebremst.

1 Rollbrett mit parallel laufenden Rollen

Demo

A u s s o r t i e r t

Achtung:

Kind ggf. auffangen

!

L30

Fliegender Teebeutel

Der obere Teil eines Teebeutels wird gerade abgeschnitten und der Inhalt entleert. Es entsteht eine längliche Röhre, die aufrecht auf einen feuerfesten Untersetzer gestellt wird. Nun wird die feine Röhre am oberen Rand angezündet. Die Röhre brennt von oben nach unten. Durch die Verbrennung wird sie leichter; die Luft in der Röhre wird erwärmt und ist nun leichter als die Umgebungsluft. Sie steigt daher auf und nimmt die Asche der verbrannten Röhre mit nach oben.

5 Teebeutel ohne Tee 5 feuerfeste Untersetzer 5 Gasanzünder

Dichteunterschiede [5]

Archimedisches Prinzip

Hinweis:

Mit dem Experiment wird der Dichte- bzw. Gewichts-unterschied zwischen warmer und kälterer Luft gezeigt. Dieses Naturgesetz liegt dem Fliegen eines Heißluftballons zugrunde.

Achtung:

Wegen Brandgefahr jeglichen Durchzug vermeiden.

Bücherliste:

[1 ] „Die besten Experimente für Kinder“ – Bassermann-Verlag 2004, ISBN 3-8094-1720-3 [2 ] „365 Experimente für jeden Tag“ - moses-Verlag 2005, ISBN 3-89777-113-6 [3 ] „Ich bin ein Wissenschaftler“ - moses-Verlag 2004, ISBN 3-89777-210-8

[4 ] „Das große Buch der 111 interessantesten Experimente“ – Compact-Verlag 2006, ISBN-13: 978-3-8174-5939 [5 ] „KON TE XIS“- Herausgeber Technischer Jugendfreizeit- und Bildungsverein (tjfbv)

Statischer Auftrieb/Thermik, Dynamischer Auftrieb/ Bernoulli’sches Gesetz Rückstoßprinzip/Impulssatz

Ld3

- Versuchbeschreibung „Wir zaubern mit bewegter Luft“