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Das "Clever" - Wissensbuch

Die wissenschaftlichen Erläuterungen aus Sendung 7

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5. LEVITRON - KREISEL

Frage: Welches Fahrzeug hat dasselbe Antriebsprinzip wie der Kreisel?

Kurzerläuterung:
Ein kleines, aber wundervolles Spielzeug wird vorgestellt und erklärt.

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Wissenschaftliche Erläuterung

Zum Luftkissenfahrzeug (Hovercraft):
Ein schiffsähnliches Schwebefahrzeug, das sich auf einem durch Hubgebläse erzeugten Luftpolster einige Dezimeter über den Wasserspiegel erhebt. Der Rumpf ist als tragende Plattform zur Aufnahme von Passagieren oder Lasten ausgebildet. Die Gebläseluft wird über Leitflächen durch im Rumpfboden angeordnete Austrittsschlitze gegen das Wasser gepresst und erzeugt so die zum Abheben nötige Kraft. Die Vorwärtsbewegung und teilweise auch die Steuerung bewirken Schubdüsen oder Luftschrauben. Luftkissenfahrzeuge dienen vor allem als Fähren über See; die größten Typen sind bisher in England (British Hovercraft Corp.) für maximal 65 000 kp Nutzlast (ca. 600 Passagiere) und über 100 km/h Reisegeschwindigkeit seit 1968 im Verkehr.

Zum Auftrieb und zum Hubschrauber:
Ein dynamischer Auftrieb entsteht, wenn sich ein Körper gegenüber dem umgebenden Medium bewegt. Damit eine der Schwerkraft entgegengesetzt wirkende Kraft entsteht, muss der Körper so gebaut sein, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums an seiner Oberseite größer als an seiner Unterseite ist, wodurch der auf ihn wirkende Druck oben kleiner als unten wird. So ist z. B. jede Flugzeugtragfläche gebaut.
Wenn man ein Rotorblatt/Tragfläche in Bewegung setzt, teilt dieser den Luftstrom in einen oberen und einen unteren Strom (der Trennpunkt wird als Aufprallpunkt oder Staupunkt bezeichnet). Da die Oberseite des Rotorblattes /Tragfläche jedoch gewölbt ist, man sagt der Flügel hat ein asymmetrisches Profil, ist die Strecke der Oberfläche ebenfalls länger. Daher muss der obere Luftstrom eine größere Entfernung zurücklegen als der untere. Da sich beide Seiten jedoch gleichzeitig durch die Luft bewegen, muss der obere Luftstrom schneller fließen, um die größere Entfernung zeitgleich mit dem unteren zurückzulegen.

Das Bernoullische Prinzip besagt, dass diese unterschiedlichen Geschwindigkeiten einen höheren Druck unter dem Rotorblatt/Tragfläche und einen niedrigeren darüber erzeugen. Da unter dem Blatt mehr Druck vorhanden ist, wird es nach oben gedrückt, gleichzeitig wird das Blatt durch den Unterdruck oberhalb nach oben gezogen - Diese Kraft ist der Auftrieb.
Das Bernoullische System besagt weiterhin, dass eine höhere Geschwindigkeit einen größeren Druckunterschied bewirkt und so mehr Auftrieb erzeugt.

Zum Levitron-Kreisel

Bis zu 3 Minuten schwebt der Kreisel frei, im Vakuum sollen es bis zu 30 Minuten sein. Das Schweben des Levitrons beruht auf der Eigenschaft von Magneten, dass sich gleichnamige Pole abstoßen und gegensätzliche Pole anziehen. In die Holzplatte ist ein Magnet eingearbeitet. Beim Andrehen des Kreisels auf der Plexiglasplatte ziehen sich der Südpol in der Mitte der Platte und der Nordpol des Kreisels an. Der Kreisel senkt sich. In 3 cm Höhe sind die abstoßenden Kräfte der außen liegenden Nordpole so groß, dass das Gewicht des Kreisels gehalten wird.

Ohne Rotation aber würde der Kreisel sofort kippen und hinunter fallen, weil durch das Kippen das Stabilität erhaltende Magnetfeld gestört wäre.

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