9 ExponateThemenpfade
Kräfte zum Mitfahren und Anschieben
Maschinen und Modelle, in denen Druck, Zug oder Drehung verstärkt, umgelenkt oder ausgeglichen werden, von der ersten Achterbahnabfahrt bis zum gefalteten Papierflieger.
Es beginnt mit Höhenenergie auf einer Fahrt, führt über Drehung, Zahnräder und Heben zum Schwimmen und Fliegen und endet mit Bremsen, einem Roboterarm und einem geworfenen Flieger.
An jeder Station geht es um eine Kraft und darum, was sie bewirken kann. Eine Achterbahn verwandelt Höhe in Geschwindigkeit, ein Kreisel verwandelt ein fallendes Gewicht in eine langsame Kreisbewegung, und Zahnräder und Flaschenzüge tauschen einen langen, leichten Zug gegen einen kurzen, kräftigen. Dafür braucht es zunächst keine Formel. In jedem Ausstellungsstück können Sie eine Zahl verändern, etwa die Fallhöhe, einen Gang oder die Zahl der Seilstränge, und das Ergebnis sofort sehen.
Die späteren Stationen nehmen Flüssigkeiten, Gase und Reibung hinzu. Ein Schiff schwimmt, weil das Wasser mit genau seiner Gewichtskraft zurückdrückt, ein Flügel drückt Luft nach unten und wird dafür nach oben gedrückt, und eine Scheibenbremse verwandelt Bewegung in Wärme. An jeder Station lohnen sich dieselben zwei Fragen: Woher kommt die Kraft, und wo landet die Energie? Die letzten Stationen zeigen am Roboterarm und an einem Blatt Papier, wie Menschen Kräfte gezielt lenken.
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ABB. 55 · SinneAchterbahn-Physik: Wie Loopings und Schwebezeit entstehen
Ein Zug überquert den 42 m hohen Lifthügel mit 3 m/s und erreicht unten 99 km/h. Dabei hat ihn nur die Schwerkraft beschleunigt.
Senken Sie auf der Stahlbahn mit Looping den Regler „Erste Abfahrt / Scheitelhöhe“ auf 25 m und beobachten Sie, wie dem Zug im Looping die Energie ausgeht.
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ABB. 46 · So funktioniert'sWie funktioniert ein Gyroskop? Warum es nicht umfällt
Ein Rad mit 3000 rpm liegt nur an einem Achsende auf einer Säule und umläuft sie alle 2,8 Sekunden, obwohl das andere Ende frei bleibt.
Stellen Sie „Eigendrehung“ auf 3000 U/min und beobachten Sie, wie die Achse den Pfosten alle 2,8 Sekunden einmal umkreist, ohne herunterzufallen.
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ABB. 04 · So funktioniert'sWie funktioniert die Fahrradschaltung am Berg?
Bei 50 × 11 legt ein Rennrad pro Pedalumdrehung 9,57 m zurück, bei 34 × 32 nur 2,24 m.
Wählen Sie das große „Kettenblatt“ und das kleinste „Ritzel“ für eine Übersetzung von 50 zu 11: Eine Pedalumdrehung bewegt das Fahrrad dann 9,57 m weit.
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ABB. 39 · So funktioniert'sFlaschenzug und Wagenheber: Kiste und Auto heben
Eine Kiste von 50 kg lässt sich mit 82 N Zugkraft heben, wenn Sie bereit sind, für jeden Meter Hub sechs Meter Seil zu ziehen.
Verändern Sie „Seilstränge“ und vergleichen Sie die Zugkraft am Seil damit, wie viel Seil Sie für jeden Meter einholen müssen, um den die Kiste steigt.
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ABB. 36 · So funktioniert'sSchiffe aus Stahl: Auftrieb und Kippstabilität testen
Ein Stahlschiff von 1900 Tonnen schwimmt, doch dieselben 1900 Tonnen als Stahlwürfel sinken sofort auf den Grund.
Schalten Sie „Stahlblock“ ein: Derselbe Stahl, der als Rumpf schwimmt, sinkt auf den Grund, sobald er zu einem Würfel gepresst wird.
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ABB. 10 · So funktioniert'sTragflügel und Auftrieb: interaktiver Simulator
Die Luft über dem Flügel erreicht die Hinterkante zuerst. Sie wartet nicht auf die Luft darunter.
Erhöhen Sie „Anstellwinkel“ bei eingeschalteten Optionen „Strömung“ und „Druckfarben“ und beobachten Sie, wie sich Luft und Druck über der Flügeloberseite verändern.
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ABB. 73 · So funktioniert'sSo funktionieren Scheibenbremse und ABS
Auf trockener Straße bei 100 km/h braucht ein blockierter, rutschender Reifen etwa 51 m bis zum Stillstand; hält ABS ihn in Drehung, steht dasselbe Modellauto nach 36 m.
Schalten Sie auf trockener Fahrbahn bei 100 km/h ABS aus: Der rutschende Reifen braucht etwa 51 m zum Anhalten, gegenüber 36 m mit eingeschaltetem ABS.
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ABB. 63 · So funktioniert'sRoboterarm: Gelenke bewegen, so funktioniert er
Schieben Sie die Fingerspitzen eines Sechsachsarms mit 250 mm/s seitlich an einer bestimmten Linie im Raum vorbei, und eines seiner Handgelenke muss sich mit 510° pro Sekunde drehen.
Bewegen Sie die Gelenkregler von J1 bis J6 nacheinander und sehen Sie, welcher Teil des Arms sich bewegt und wie weit der Greifer ausschwenkt.
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ABB. 98 · Schritt für SchrittPapierflieger falten und Gummimotormodelle fliegen
Der weiteste Flug eines gefalteten Blatts Papier misst 98,43 m, in einer Halle in Shanghai im Dezember 2025.
Biegen Sie das „Höhenruder“ etwas weiter nach oben: Die Nase hebt sich und der Gleitflug wird langsamer, wie „Flugbahn“ zeigt.