Experiment – Seite 7 – Blog von Andreas Blümel und dem Forscherquartett

Wieso kann ein Hubschrauber ohne Flügel fliegen?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

einen Bleistift
ein Stück Pappe
eine Schere

Versuchsdurchführung
Bastel Dir aus einem langen Steifen Pappe Rotorblätter für einen Hubschrauber. Hierzu schneidest Du die Rotorblätter an den dicken Linien ein und knickst die schraffierte Fläche leicht nach unten. Am schwarzen Punkt machst Du ein Loch. Hierfür nimmst Du ein Stück Knete und legst es unter den Rotor. Jetzt kannst Du mit einem Bleistift von oben durch die Pappe stechen.

Schiebe den Bleistift etwa zu zwei Drittel durch die Pappe. Halte den Bleistift zwischen beiden Handflächen, so dass die Pappe oben ist. Nun schiebe eine Hand schnell nach vorne.

Was passiert?
Der Bleistifthubschrauber fängt an zu fliegen.

Erklärung
Hubschrauber-Flügel sind sehr schmal. Man nennt sie Rotorblätter. Sie werden von einem Motor mit sehr großer Geschwindigkeit um eine Achse gedreht. Ähnlich wie beim Flugzeug entsteht über dem Rotorblatt ein Unterdruck und darunter ein Überdruck. Dadurch wird der Hubschrauber in die Höhe gehoben.

Im Schwebeflug beträgt der vom Rotor erzeugte Auftrieb genauso viel, wie die Gewichtskraft des Hubschraubers, die ihn nach unten zieht. Will der Hubschrauber an Höhe gewinnen, so muss der Pilot den Auftrieb erhöhen. Der Auftrieb wird dadurch erhöht, dass der Pilot den Winkel, in dem die Rotorblätter stehen, vergrößert. Will der Hubschrauber hingegen landen, muss der Winkel verringert werden.

Dass ein Hubschrauber auch ohne Motor nicht abstürzt, könnt ihr in der Kopfball-Folge vom 14.11.2010 sehen.

Weiterführende Informationen

Wieso fliegen Segelflugzeuge

25. März 2012 AndreasB

Materialien

einen möglichst rund aufgeblasenen Luftballon
Haartrockner

Versuchsdurchführung
luftballon-foen Schalte den Haartrockner ein und halte ihn so, dass die Luft nach oben zur Decke austritt. Jetzt bringe den Luftballon vorsichtig in den Luftstrom.

Was passiert?
Der Luftballon steigt ein wenig im Luftstrom an, tänzelt dann, um danach fast bewegungslos auf der Stelle stehen zu bleiben. Wenn Du Dich mit dem Haartrockner bewegst, dann folgt Dir der Luftballon in entsprechendem Abstand (Achtung: Achte auf das Stromkabel). Der Ballon scheint im Luftstrahl des Haartrockners gefangen zu sein. Das geht übrigens auch mit mehreren Luftballons und mit leichten Bällen!

Erklärung
Klar ist, dass der Luftstrom des Haartrockners den Luftballon nach oben drückt. Aber eine weitere Kraft hält ihn in der Mitte fest. Der Luftballon ist praktisch ein doppelter Flugzeugflügel. Wenn die Luft des Haartrockners an der Haut des Luftballons vorbei strömt, entsteht dort ein Unterdruck. Aber weil der Luftballon nicht nur gewölbt, sondern auch rund ist, entsteht dieser Unterdruck überall und überall gleich stark. Dadurch wird der Luftballon im Luftstrahl stabilisiert. Er kann sich nicht entscheiden, in welche Richtung er sich bewegen soll, da er ja nach außen in alle Richtungen gezogen wird.

Im Gegensatz zum Luftballon sind die Flügel eines Segelflugzeugs nicht rund, sondern genauso geformt, wie bei einem Flugzeug. Deshalb bleibt es auch nicht einfach in der Luft stehen, sondern gleitet durch die Luft. Dem Segelflugzeug fehlt jedoch der Propeller, so dass es nicht von alleine starten kann und deshalb anfangs mit einem Propellerflugzeug erst einmal auf Flughöhe geschleppt werden muss. Danach fliegt das Segelflugzeug stetig nach unten und wird durch warme aufsteigende Luft wieder nach oben angehoben.

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Wieso fliegen Flugzeuge?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

einen Haartrockner
einen aus Papier hergestellten Flügel
Strohhalm-Stücke
ein bisschen Paketkordel

Versuchsdurchführung
luft_fluegel Nimm ein längs halbiertes DIN A4-Blatt und klebe die schmalen Enden so zusammen, dass die obere gebogene Fläche etwa 1 1/2 mal so lang ist, wie die untere gerade Fläche. Mach oben und unten ein Loch in den Flügel und klebe mit Tesafilm ein Stück Strohhalm in die Mitte des Flügels. Führe die Paketkordel durch den Strohhalm und befestige die Kordel oben und unten. Notfalls kannst Du das auch zu zweit ausprobieren. Einer hält fest, der andere nimmt den Haartrockner. Puste nun mit dem Haartrockner von vorne oder leicht schräg unten auf den Flügel.

Was passiert?
Flügel bewegt sich nach oben. Das Flugzeug steigt nach oben.

Erklärung
Wie im Experiment „Kann man mit Luft etwas bewegen?“ fließt die Luft oberhalb des Flügels schneller als unterhalb des Flügels. Dadurch entsteht oberhalb jedoch ein Unterdruck, der den Flügel anhebt.

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Wie fliegt eine Rakete?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

eine 330/500ml Flasche
zwei verschieden dicke Strohhalme
Knete

Versuchsdurchführung
Wie fliegt eine Rakete Mache ein Loch in der Größe des kleineren Strohhalms in den Deckel der Flasche. Stecke den Strohhalm in das Loch und dichte dieses mit Knete luftdicht ab. Dichte ein Ende des größeren Strohhalms ebenfalls mit Knete ab und stecke den größeren Strohhalm auf den Strohhalm, der in der Flasche steckt.
Schraube den Deckel zu und presse dann die Flasche kräftig zusammen.

Was passiert?
Der Strohhalm schießt nach oben, wie eine Rakete.

Erklärung
In der Flasche befindet sich Luft. Wenn Du die Flasche zusammendrückst, dann hat die Luft nicht mehr genug Platz in der Flasche und sie entweicht durch die einzige vorhandene Öffnung, nämlich nach oben in den Strohhalm.

Im Strohhalm ist ebenfalls nicht genug Platz, da Du diesen ja am oberen Ende mit Knetgummi verschlossen hast. Der Strohhalm sitzt jedoch locker auf der Flasche, so dass die entweichende Luft den Strohhalm nach oben pustet.

Bei einer Rakete befindet sich die „überschüssige“ Luft in der Rakete. Der Treibstoff wird verbrannt und die heißen Abgase strömen am Fuß der Rakete aus der Düse.

Die Rakete benötigt übrigens keine Flügel, da sie sich allein durch den Rückstoß vorwärts bewegt. Lediglich am Fuß ist es sinnvoll ein Leitruder anzubringen, um der Rakete einen geraden Flug zu ermöglichen (sie fliegt aber auch ohne).

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Kann man mit Luft etwas bewegen?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

mehrere Blätter Papier
Strohhalm
2 Bücher

Versuch 1
Puste auf Deine Hand. Du kannst die aus Deinem Mund herausströmende Luft deutlich spüren.

Versuch 2
luft_faecher Falte aus dem Papier einen Fächer. Hierzu nimmst Du ein Blatt Papier und faltest einen 1 cm breiten Streifen um. Drehe das Papier auf die Rückseite und falte wieder einen 1 cm breiten Streifen um. Das machst Du solange, bis das Blatt Papier komplett gefaltet ist. Mit einer Büroklammer kannst Du ein Ende zusammenheften. Mit dem auf dem offenen Ende auseinander geklappten Fächer kannst Du Dir nun ebenfalls Luft zu fächeln.

Versuch 3
luft_pusten Nimm ein Blatt Papier und halte es an den beiden kurzen Ecken mit jeweils einer Hand fest und puste über die Oberfläche des Blattes. Das Blatt hebt sich nach einiger Zeit an und steht fast waagerecht in der schnell strömenden Luft.

Versuch 4
luft_pusten1 Wenn Du ein weiteres Blatt auf zwei Bücher legst und (mit einem Strohhalm) zwischen die beiden Bücher pustest, dann bewegt sich das Blatt, anders als erwartet, nach unten.

Erklärung
Oberhalb und unterhalb des Blattes „drückt“ zu jeder Zeit die Luft auf das Blatt (man nennt diesen ja schließlich auch Luftdruck). Pustest Du nun auf einer Seite des Blattes, so pustest Du die vorhandene Luft weg. Die Luft bewegt sich auf dieser Seite sehr schnell und übt daher weniger Druck auf diese Blattseite aus. Auf der anderen Seite ist jedoch noch genau der gleiche Druck vorhanden, der nun das Blatt in Versuch 3 nach oben und Versuch 4 nach unten drückt.

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Wie lenkt ein Hubschrauber?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

Bleistift
Stück Pappe
Schere

Schiebe den Bleistift etwa zu zwei Drittel durch die Pappe. Halte den Bleistift zwischen beiden Handflächen, so dass die Pappe oben ist.

Soll der Hubschrauber nach oben fliegen, so halte den Bleistift senkrecht. Soll der Hubschrauber nach links, rechts oder vorne fliegen, so neige den Bleistift in die gewünschte Richtung. Jetzt drehe den Bleistift schnell zwischen beiden Handflächen und lass ihn dann los.

Erklärung
Die geneigten Rotorblätter erzeugen nicht nur den Auftrieb, damit der Hubschrauber in der Luft bleibt, sondern sorgen auch gleich dafür, dass der Hubschrauber in die Richtung fliegt, in der die Rotorblätter geneigt sind.

Weiterführende Informationen

Was passiert, wenn man Wasser in einen Trichter gießt?

23. März 2012 AndreasB

Materialien

Schale
2 Plastikbecher (möglichst durchsichtige) oder
1 Plastikflasche, Gummistopfen mit Loch und Trichter
ggf. etwas Klebeband zum Abdichten
Kanne mit Wasser

Versuchsvorbereitung
Schneide von dem einen Plastikbecher den Boden ab und mache ein kleines Loch in den zweiten Plastikbecher. Jetzt stelle den Plastikbecher ohne Boden mit der großen Öffnung nach unten in die Schale. Den zweiten Plastikbecher stellst du in das große Loch im Boden des ersten Bechers, so dass der obere Becher als Trichter fungiert. Alternativ dazu kannst Du auch eine Plastikflasche nehmen, in die du einen Gummistopfen gesteckt hast. In dem Loch des Gummistopfens steckt der Trichter.

Was passiert, wenn Du mit der Kanne Wasser in den Becher bzw. Trichter kippst ?
Fließt es sofort durch, bleibt es oben stehen oder fließt die Hälfte in den unteren Becher und der Rest bleibt im oberen Becher ?

Versuch 1
Kippe mit der Kanne möglichst schnell Wasser in den oberen Becher bzw. Trichter und achte genau darauf, was mit dem Wasser passiert. Halte dabei mit der anderen Hand den unteren Becher bzw. die Flasche fest.

Was passiert?
Das Wasser läuft nicht vollständig aus dem oberen Becher bzw. Trichter heraus.

Erklärung
In dem unteren Becher bzw. in der Flasche ist vor dem Einfüllen von Wasser Luft enthalten. Schüttest Du nun Wasser von oben hinein, so kann die Luft zu einem gewissen Anteil zusammengedrückt werden. Aber irgendwann ist Schluss damit und kein weiteres Wasser fließt nach unten, obwohl im unteren Becher bzw. in der Flasche scheinbar noch genug Platz ist.

Versuch 2
Schüttele die Becher/Flaschenkonstruktion ein wenig.

Erklärung
Wenn du das Loch im oberen Becher groß genug gemacht hast, „blubbert“ Luft von unten nach oben durch das Loch und es kann wieder etwas Wasser nach fließen.

Weiterführende Informationen

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