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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?

Laminare Strömung

Turbulente Strömung



1 Schneeflocke Re = 1 ... 10; Insekten Re = 100 ... 10 000; Papierflieger Re = 20 000 ... 80 000; Düsenjet Re =  10 000 000 ... 100 000 000 ...

 

Download des gesamten Workshops

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

 

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