Mo­del­le ... klei­ne Aus­füh­run­gen

Mit dem Stich­wort Mo­dell ver­bin­den die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­mut­lich die As­so­zia­ti­on Au­to­mo­dell oder Flug­zeug­mo­dell ... d.h. die klei­ne­re Aus­füh­rung des grö­ße­ren Ori­gi­nals.

Auch wenn das klei­ne­re Mo­dell in Farbe, Form, Aus­se­hen dem grö­ße­ren sehr ähn­lich sieht- oder ganz exakt im klei­ne­ren Maß­stab nach­ge­baut wurde, hat es doch er­heb­lich an­de­re Ei­gen­schaf­ten als das große Ori­gi­nal.

In­ter­es­san­te Fra­ge­stel­lun­gen in die­sem Zu­sam­men­hang sind z.B. ... warum sind große Tiere re­la­tiv stäm­mig ge­baut? ... warum haben Tiere und Pflan­zen eine ma­xi­ma­le Größe ... warum kön­nen fast alle In­sek­ten flie­gen? ... warum kann eine Amei­se aus einem Hoch­haus fal­len, ohne dass ihr etwas pas­siert? ... warum sind maß­stäb­lich nach­ge­bau­te klei­ne Mo­del­le viel sta­bi­ler als die grö­ße­ren Ori­gi­na­le? ... warum kann sich der Staub in der Luft hal­ten und fällt nicht zu Boden? ... warum sehen Pa­pier­flie­ger ganz an­ders aus als rich­ti­ge Flie­ger ? ... warum ver­hal­ten sich Mo­dell­flie­ger an­ders als rich­ti­ge Flie­ger ?

Der A380 - das größ­te Pas­sier­flug­zeug der Welt - wurde auf dem Com­pu­ter ent­wor­fen und als Mo­dell ge­tes­tet. Nur we­ni­ge Tests - z.B. die Bruch­fes­tig­keit der Trag­flä­chen - wur­den am rea­len Ob­jekt durch­ge­führt. Al­ler­dings muss man bei den Tests am klei­ne­ren Mo­dell be­ach­ten, dass man ge­wis­se Rand­be­din­gun­gen ein­hält, wenn man die Fol­ge­run­gen aus dem Mo­dell­ver­such auf das Ori­gi­nal­ob­jekt über­tra­gen will.

Es liegt auf der Hand, dass die Luft für eine Biene dich­ter er­scheint als für einen Men­schen. Ver­mut­lich fühlt sich eine Biene in der Luft, wie wenn ein Mensch in Honig schwimmt. Je klei­ner das Ob­jekt im Ver­gleich zur Teil­chen­grö­ße der Um­ge­bung, umso zäher wirkt diese Um­ge­bung auf das Ob­jekt. Luft, Was­ser, Honig haben ganz un­ter­schied­li­che Zä­hig­kei­ten .

Ma­te­ri­al

• vir­tu­el­ler Wind­ka­nal
• Was­ser­ka­nal
• Wind­ka­nal am Staat­li­chen Se­mi­nar für Di­dak­tik in Stutt­gart
• Wind­ka­nal im Schü­ler­la­bor der Uni­ver­si­tät Stutt­gart

Ar­beits­auf­trag

1. Re­cher­chie­ren Sie die Be­deu­tung der so­ge­nann­ten Reynolds­zahl!
2. Schät­zen Sie die Reynolds­zahl Re=ρ⋅v⋅L/η mit ρ - Luft­dich­te in kg/m3, η - dy­na­mi­sche Vis­ko­si­tät (dyn. Zä­hig­keit) in kg/s/m; L - cha­rak­te­ris­ti­sche Länge in m; v - cha­rak­te­ris­ti­sche Ge­schwin­dig­keit in m/s für eine Schnee­flo­cke, ein ty­pi­sches In­sekt, eine Pa­pier­schwal­be, den A380 ab ¹
3. Was pas­siert, wenn die Reynolds­zahl bei einer la­mi­na­ren Strö­mung über­schrit­ten wird? Zei­gen Sie die­ses Ver­hal­ten im Was­ser­ka­nal!
4. Wie kann man die gro­ßen Reynolds­zah­len bei Mo­del­len von Dü- sen­flug­zeu­gen in Ex­pe­ri­men­ten er­rei­chen? ... Wel­chen Sinn ha- ben in die­sem Zu­sam­men­hang Über­schall­wind­ka­nä­le ? Wozu ver­wen­det man Was­ser­ka­nä­le?

Down­load des ge­sam­ten Work­shops

Work­shop 2: Er­fin­dun­gen: Her­un­ter­la­den [pdf] [433 KB]

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