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Motoren: vom Dampf zur Rakete
Wie die Wärme von verbranntem Treibstoff zu Bewegung wird, von der Dampfmaschine bis zum Triebwerk, das eine Rakete hebt.
Das Älteste zuerst: von der Dampfmaschine über den Automotor zu Triebwerken, die mit ihrem Abgas schieben, statt Räder zu drehen.
Ein Motor macht aus Wärme Bewegung, und dieser Kurs verfolgt den Gedanken über etwa 250 Jahre. Er beginnt mit einer Dampfmaschine, die eine Grubenpumpe antrieb, führt durch die Teile eines Autos, die Leistung erzeugen, verstärken und weitergeben, und endet bei Triebwerken, die ein Fahrzeug mit ihrem Abgas vorantreiben.
Jedes Modell läuft langsam genug, um jeweils einen Zyklus zu verfolgen, und die meisten lassen sich aufschneiden. Behalten Sie unterwegs zwei Zahlen im Auge: wie viel der Brennstoffenergie zu Arbeit wird und wie schnell sich die Teile drehen müssen.
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ABB. 40 · So funktioniert'sDampfmaschine von Watt: interaktives 3D-Modell
Die Maschine von Watt leistete dieselbe Arbeit wie eine Newcomen-Maschine mit etwa einem Drittel der Kohle, weil sie den Dampf in einem eigenen Gefäß kondensierte.
Vergleichen Sie die verbrauchte Kohle mit und ohne getrennten Kondensator.
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ABB. 02 · So funktioniert'sViertaktmotor: interaktiver Simulator, Takt für Takt
Bei 3000 U/min zündet jeder Zylinder 25-mal pro Sekunde. Hier dreht der Motor so langsam, dass Sie jedem Takt folgen können, und er lässt sich vom Einzylinder bis zum V8 aufbauen, jeder mit seiner eigenen Zündfolge.
Drehen Sie die Kurbelwelle ganz langsam und verfolgen Sie einen Zylinder durch alle vier Takte.
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ABB. 65 · So funktioniert'sAbgasturbolader: interaktives Modell, Schritt für Schritt
In diesem Modell eines 2,0-Liter-Motors drückt eine Welle mit 142.000 rpm fast doppelt so viel Luft in jeden Zylinder.
Erhöhen Sie den Ladedruck und sehen Sie, wie viel mehr Luft in jeden Zylinder gelangt.
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ABB. 05 · So funktioniert'sDifferential im Auto: interaktives 3D-Zahnradmodell
Fährt man mit 50 km/h durch eine Kurve mit 10 m Radius, dreht sich das äußere Hinterrad 17 % schneller als das innere, und doch treibt dieselbe Welle beide an.
Fahren Sie durch eine enge Kurve und vergleichen Sie die Drehzahlen der beiden Hinterräder.
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ABB. 41 · So funktioniert'sWie funktioniert ein Jettriebwerk? Schub beim Verkehrsflugzeug
Im Turbofan eines Verkehrsflugzeugs passiert nur eines von elf Kilogramm Luft die Flamme. Sechs andere Bauarten verteilen die Arbeit anders; alle lassen sich hier öffnen.
Öffnen Sie das Turbofan und finden Sie den Luftanteil, der am Kern vorbeiströmt.
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ABB. 58 · So funktioniert'sFlüssigkeitsrakete: interaktiver Simulator, Düse und Schub
Das 75-Tonnen-Triebwerk der Nuri verbrennt jede Sekunde 255 kg Kerosin und flüssigen Sauerstoff, und dasselbe Triebwerk schiebt im Weltraum etwa 13 Prozent stärker als auf Meereshöhe.
Steigen Sie vom Meeresspiegel in den Weltraum und sehen Sie den Schub wachsen, wenn die Außenluft verschwindet.