Bumerang-Dose - Wissenschaftsjahr · 2010. 6. 1. · Bumerang-Dose Wie ist es möglich, eine Dose...
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MATERIAL • 1 Blechdose mit Deckel • 1 flaches Gummiband • 2 Holzstäbchen (z. B. Zahnstocher) • 1 schweres Gewicht (ca. 50 g - z. B. eine große Schraubenmutter) • 1 Büroklammer oder ein kleines Stück Draht ANLEITUNG In Deckel und Boden einer Blechdose wird mittig ein ca. 5 mm langer Schlitz geschnitten. Je nach Dosenhöhe schneidet man nun das Gummiband auf eine ausrei- chende Länge, um es auf beiden Seiten der Dose noch durch die Schlitze ziehen und von außen mit einem Holzstäbchen befestigen zu können. An das Gummiband wird mit Hilfe einer aufgebogenen Büroklammer, ca. in der Dosenmitte, das Gewicht geklemmt. Es darf dabei nicht am Dosenrand schleifen. Die Dose kann nun auf einem ebenen und nicht zu rauen Untergrund angesto- ßen werden. BEOBACHTUNG Wenn die Dose angestoßen wird, rollt sie los und kommt wie von Geisterhand zurück, obwohl es windstill und nicht abschüssig ist. ERKLÄRUNG Im Grunde ist die Bumerangdose ein automatisches Aufzieh-Spielzeug, denn beim Anrollen nach dem An- stoß wirkt im Innern der Dose ein Art „Gummimotor“. Er besteht aus dem gespannten Gummiband, das an den Dosenwänden befestigt ist. An die- sem Gummiband ist das Gewicht befestigt, das nicht der Drehbewegung, sondern stetig der Schwerkraft folgt. Das nachgiebige Gummiband verdrillt sich entspre- chend der Anzahl der Umdrehungen der Dose und baut eine elastische Kraft auf, die als Gegenkraft zur Rollrichtung wirkt. Sie zwingt die Dose zunächst zum Stehen und dann zur Umkehr, da das Gummiband bestrebt ist, sich in umgekehrter Richtung wieder zu ‚entdril- len‘. Der Gummi will in seine entspannte Ausgangslage zurückkehren und bringt die Dose auf diese Weise zum Ausgangspunkt zurück. Durch das Anstoßen der Dose wird ihr beim Rollen kinetische Energie (Bewegungsenergie) zugeführt. Auf- grund des exzentrisch gelagerten Gewichtes wandelt sich diese Bewegungsenergie in Spannenergie des Gummibandes um. Danach entspannt sich das Gummi- band im Inneren der Dose wieder und treibt diese an. Die Dose läuft nun zurück, wobei die Spannenergie wieder in kinetische Energie umgewandelt wird, sodass der Prozess von neuem beginnen kann. Zahlreiche Materialien und Konstruktionen (Federn, Spangen, Klammern, Gummizüge etc.) sind in der Lage, durch eine elastische Verformung Energie zu speichern. Sie nehmen während des Verformungsprozesses Bewe- gungsenergie auf und sind dann bestrebt, sich sofort in ihre Ursprungsgestalt zurück zu verwandeln, indem sie dieselbe Bewegungsenergie wieder abgeben. Werden solchen Konstruktionen, z. B. durch Festhalten oder Sperren der jeweiligen Mechanismen, daran gehindert in ihre Ausgangslage zurückzukehren, behalten sie die aufgebrachte Energie in Form von potentieller Energie (d. h. Lageenergie) bei sich. Die potentielle Energie „schlummert“ dann beispielsweise in aufziehbaren Fe- derwerken, die als Kraftquelle in mechanischen Uhren und altem Blechspielzeug dienen. Durch geschickte Getriebeübersetzungen in solchen Spielzeugen kann man verblüffende Kraftübertragungen erreichen. Experiment Kinetische Energie Bumerang-Dose Wie ist es möglich, eine Dose mit Schwung in eine Richtung zu „schubsen“ und die Dose dann auf halbem Weg umkehren und zum Ausgangspunkt zu- rückrollen zu lassen? Das ist Zauberei! Zumindest könnte man das meinen. Dem ist aber nicht so! Hier erfahren alle Leserinnen und Leser, wie‘s geht. ENERGIE ZUM SELBERMACHEN 1 T I P P Um den Mechanismus der Dose nicht so schnell „preiszugeben“, kann die Befestigung des Gummis außen mit einer Abdeckung überklebt wer- den.
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MateriaL
•1BlechdosemitDeckel•1flachesGummiband•2Holzstäbchen(z.B.Zahnstocher)•1schweresGewicht(ca.50g- z.B.einegroßeSchraubenmutter)•1BüroklammerodereinkleinesStückDraht
anLeitung
InDeckelundBodeneinerBlechdosewirdmittigeinca.5mmlangerSchlitzgeschnitten.JenachDosenhöheschneidetmannundasGummibandaufeineausrei-chendeLänge,umesaufbeidenSeitenderDosenochdurchdieSchlitzeziehenundvonaußenmiteinemHolzstäbchenbefestigenzukönnen.AndasGummibandwirdmitHilfeeineraufgebogenenBüroklammer,ca.inderDosenmitte,dasGewichtgeklemmt.EsdarfdabeinichtamDosenrandschleifen.DieDosekannnunaufeinemebenenundnichtzurauenUntergrundangesto-ßenwerden.
BeoBachtung
WenndieDoseangestoßenwird,rolltsielosundkommtwievonGeisterhandzurück,obwohleswindstillundnichtabschüssigist.
erkLärung
ImGrundeistdieBumerangdoseeinautomatischesAufzieh-Spielzeug,dennbeimAnrollennachdemAn-stoßwirktimInnernderDoseeinArt„Gummimotor“.
ErbestehtausdemgespanntenGummiband,dasandenDosenwändenbefestigtist.Andie-semGummibandistdasGewichtbefestigt,dasnichtderDrehbewegung,sondernstetigderSchwerkraftfolgt.DasnachgiebigeGummibandverdrilltsichentspre-chendderAnzahlderUmdrehungenderDoseundbauteineelastischeKraftauf,diealsGegenkraftzurRollrichtungwirkt.SiezwingtdieDosezunächstzumStehenunddannzurUmkehr,dadasGummibandbestrebtist,sichinumgekehrterRichtungwiederzu‚entdril-len‘.DerGummiwillinseineentspannteAusgangslagezurückkehrenundbringtdieDoseaufdieseWeisezumAusgangspunktzurück.
DurchdasAnstoßenderDosewirdihrbeimRollenkinetischeEnergie(Bewegungsenergie)zugeführt.Auf-grunddesexzentrischgelagertenGewichteswandeltsichdieseBewegungsenergieinSpannenergiedesGummibandesum.DanachentspanntsichdasGummi-bandimInnerenderDosewiederundtreibtdiesean.DieDoseläuftnunzurück,wobeidieSpannenergiewiederinkinetischeEnergieumgewandeltwird,sodassderProzessvonneuembeginnenkann.
ZahlreicheMaterialienundKonstruktionen(Federn,Spangen,Klammern,Gummizügeetc.)sindinderLage,durcheineelastischeVerformungEnergiezuspeichern.SienehmenwährenddesVerformungsprozessesBewe-gungsenergieaufundsinddannbestrebt,sichsofortinihreUrsprungsgestaltzurückzuverwandeln,indemsiedieselbeBewegungsenergiewiederabgeben.WerdensolchenKonstruktionen,z.B.durchFesthaltenoderSperrenderjeweiligenMechanismen,darangehindertinihreAusgangslagezurückzukehren,behaltensiedieaufgebrachteEnergieinFormvonpotentiellerEnergie(d.h.Lageenergie)beisich.DiepotentielleEnergie„schlummert“dannbeispielsweiseinaufziehbarenFe-derwerken,diealsKraftquelleinmechanischenUhrenundaltemBlechspielzeugdienen.DurchgeschickteGetriebeübersetzungeninsolchenSpielzeugenkannmanverblüffendeKraftübertragungenerreichen.
Expe r imen t
K i ne t i s che Ene rg i e
Bumerang-DoseWieistesmöglich,eineDosemitSchwungineineRichtungzu„schubsen“unddieDosedannaufhalbemWegumkehrenundzumAusgangspunktzu-rückrollenzulassen?DasistZauberei!Zumindestkönntemandasmeinen.Demistabernichtso!HiererfahrenalleLeserinnenundLeser,wie‘sgeht.
e n e r g i e z u M S e L B e r M a c h e n
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tippUm den
Mechanismus der Dose nicht so schnell
„preiszugeben“, kann die Befestigung des Gummis
außen mit einer Abdeckung überklebt wer-
den.
