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UNTERHALTIGE ERFAHRUNGEN ZU HAUSE
Experimente mit unsichtbaren Achsen. Physikalische Experimente
Unterhaltsame Erlebnisse zu Hause / Physikexperimente für Kinder Die Achsen, auf denen sich die Räder oder andere Maschinenteile drehen, sind ganz reale physische Körper. Man kann sie sehen, anfassen. Normalerweise handelt es sich dabei um Metallwellen, Rollen, Stangen, Rohre. Bei Eisenbahnwaggons drehen sich die Achsen mit den Rädern, während sich beispielsweise bei Fahrrädern die Räder auf einer festen Achse drehen. Das Wort „Achse“ wird aber auch in einem anderen Sinne verwendet. Dieses Wort wird als bedingte, unsichtbare Linie bezeichnet, um die herum eine Drehung erfolgt. Ein Eiskunstläufer auf dem Eis, der einen Kreisel ausführt, ein Turner, der Saltos in der Luft ausführt, und schließlich unser Planet Erde – sie alle drehen sich um unsichtbare Linien, die Rotationsachsen genannt werden. Es gibt auch einen solchen Namen – die Achse der freien Rotation. Es verläuft immer durch den Schwerpunkt eines rotierenden Körpers. Wir werden einige Experimente mit solchen Achsen freier Rotation durchführen. Obwohl diese Achsen existieren, sind sie unsichtbar: Sie können weder gesehen noch berührt werden. Für Experimente müssen Sie ein Gerät bauen, das verschiedene Objekte mit hoher Geschwindigkeit um unsichtbare Achsen dreht. Schneiden Sie aus dickem Karton einen Kreis mit einem Durchmesser von 25–30 Zentimetern aus, bohren Sie in die Mitte ein kleines Loch und stellen Sie ihn auf den runden Sockel einer alten Tischlampe. Sie können dieses Teil durch gusseiserne Brenner vom Herd oder eine Schleifscheibe für einen Spitzer ersetzen. Mit einem Wort, es muss ein harter Kreis sein. Wenn Sie Brenner oder eine Schleifscheibe nehmen, müssen Sie aus einem Stück Sperrholz der entsprechenden Größe einen weiteren Kreis schneiden, in dessen Mitte ein kleines Loch bohren und die ausgewählte Scheibe auf diesen Kreis legen. Darauf wird ein aus Pappe ausgeschnittener Kreis gelegt. Fädeln Sie zwei starke Seile durch die Mitte des resultierenden Kreisstapels (wir nennen das Ganze jetzt nur noch eine Scheibe) und binden Sie sie unten mit einem Knoten fest. Die daran hängende Scheibe hängt horizontal und stützt sich auf den Knoten. Das Gerät ist fertig, beginnen wir mit den Experimenten. Binden Sie eine dünne, 25 Zentimeter lange Kordel an den Knoten, auf dem die Scheibe ruht. Für andere Versuche kann es notwendig sein, andere Schnürsenkel auszuwählen. Sie können auch Bindfaden (nur kein Papier) und für einige Experimente eine dünne Angelschnur verwenden. Binden Sie einen Bleistift an das Ende der Schnur, die unter der Scheibe hängt – ganz am Ende. Drehen Sie die Scheibe und verdrehen Sie die Seile, an denen sie gut hängt. Wenn Sie ihn loslassen, beginnt er sich schnell zu drehen. Durch Druck auf einen runden Seifenstab, der zwischen die Seile gesteckt wird, kann eine sehr schnelle Rotation erreicht werden. Die Festplatte dreht sich also. Was passiert mit dem Bleistift, der unter der Scheibe hängt? Auch er wird sich an seiner Schnur drehen und nach und nach eine horizontale Position einnehmen. Seine Rotationsachse, eine freie unsichtbare Achse, verläuft genau durch die Mitte des Bleistifts – seinen Schwerpunkt. Bei diesem und anderen Experimenten mit freien Rotationsachsen ist es notwendig, die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe anzupassen. Die Geschwindigkeit sollte ausreichen, um das aufgehängte Objekt in eine horizontale Position zu bringen, die Schnur sollte jedoch nicht bis zur Scheibe selbst reichen. Die gewünschte Rotationsgeschwindigkeit lässt sich leicht erreichen, indem man den Verdrehungsgrad der Seile oder den Druck auf den zwischen den Seilen eingeführten Stock verändert. Für den nächsten Versuch binden Sie statt eines Bleistifts einen aus dickem Karton ausgeschnittenen Kreis mit einem Durchmesser von etwa 10 Zentimetern an eine Kordel. Es muss bis zum Rand festgebunden werden und mit einer Ahle ein kleines Loch machen. Bei ausreichender Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe dreht sich der Kreis horizontal um seine freie Achse, die durch seinen Mittelpunkt verläuft.
Hängen Sie anstelle eines Pappbechers einen symmetrischen Gegenstand oder Ring auf, der zur Hand ist. Sie können beispielsweise einen Teller am Rand eines Skistocks aufhängen. Bei schneller Drehung dreht es sich auch horizontal. Machen Sie ein weiteres spektakuläres Erlebnis. Nehmen Sie sechzehn kleine Büroklammern und ketten Sie sie zu einer geschlossenen Kette zusammen. Hängen Sie es an einer dünnen Angelschnur unter die Scheibe. Wenn die Scheibe gut gedreht ist, bildet die Kette einen Ring, der sich horizontal dreht. Die unsichtbare freie Achse dieses Rings verläuft genau durch seine Mitte – seinen Schwerpunkt. Unsere rotierenden Objekte wählen die vertikale freie Achse selbst. Für jeden von ihnen erwies sich diese Achse als die stabilste aller möglichen Achsen, um die sich dieses Objekt drehen konnte.
Versuchen Sie bei den hier beschriebenen Experimenten, die Länge der Schnur zum Aufhängen von Gegenständen und den Ort, an dem die Schnur befestigt ist, zu ändern. Die Scheibe sollte streng horizontal hängen und nicht schwanken. Natürlich muss man, wie bei allen anderen Experimenten auch, immer Geduld und Ausdauer aufbringen. Ein interessantes Experiment mit freier Rotation ist in "Mechanics" von S. P. Strelkov beschrieben.
Eine Streichholzschachtel hat drei zueinander senkrechte freie Rotationsachsen, die durch ihren Schwerpunkt verlaufen. Aber es hat nur zwei stabilste Drehachsen: Eine verläuft vertikal durch die Mitte der Streichholzschachtel und die andere verläuft horizontal entlang der Schachtel. Und die Achse, die quer durch die Box verläuft, sorgt nicht für eine stabile Drehung. Nehmen Sie mit zwei Fingern eine leere Streichholzschachtel und klappen Sie sie mit einer Bewegung der anderen Hand auf. Wiederholen Sie dies mehrmals und lassen Sie die Box jedes Mal abwechselnd um eine der drei oben genannten Achsen rotieren. Schauen Sie genau hin und Sie werden selbst sehen, um welche der drei Achsen sich die Box besser und klarer dreht. Autor: Rabiza F.V.
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