Physikalische Experimente auf dem Luftkissentisch - 3B Scientific

Physikalische Experimente auf dem Luftkissentisch
Vorwort
Luftkissen werden dadurch erzeugt und aufrechterhalten,
daß aus Düsen in einem der
gegeneinander bewegten Körper ständig Luft
austritt. Dadurch berühren sich die beiden Körper
nicht. Als „Schmiermittel” befindet sich zwischen
ihnen ein dünnes Gaspolster, ähnlich dem
oft verwendeten Ölfilm. Infolge der viel kleineren
Viskosität der Luft sinkt die Reibung auf vernachlässigbar
kleine Beträge ab.
Die Nutzung des Luftkissens ermöglicht es, viele
Experimente in einer wesentlich besseren Qualität
durchzuführen.
Eine größere Anzahl von Experimenten wird jedoch
prinzipiell erst durchführbar, wenn man sich
des Luftkissens bedient.
Der Nachteil herkömmlicher flächenförmiger
Luftkissenanordnungen besteht in der begrenzten
Sichtbarkeit. Um den Bewegungsablauf in
zwei Dimensionen verfolgen zu können, muß man
nahe an die Anordnung herantreten. Außerdem
sind solche Geräte wegen des großen Stabilisierungs-
und Justieraufwandes sehr unhandlich.
Neue Möglichkeiten ergeben sich durch den Einsatz
der Projektion. Sie gestattet gleichzeitig eine
zweckmäßige Verkleinerung aller Teile der Experimentieranordnung
und eine wesentliche Verbesserung
der Sichtbarkeit.
Schließlich erwiesen sich mechanische Stöße als
zu wenig wirksam. Da hierbei nur ein Teil der
Energie übertragen wird, hätten zusätzliche Maßnahmen
ergriffen werden müssen, um die Verluste
an kinetischer Energie auszugleichen. Die
Verwendung der Kräfte zwischen keramischen
Magneten ermöglicht es, weitgehend vollelastische
Stöße zu realisieren. Die Tatsache, daß dabei
eine unmittelbare Berührung der Stoßpartner ausbleibt,
ist in den meisten Fällen kein Nachteil.
Auf diese Weise werden z.B. die Kraftverhältnisse
im mikrophysikalischen Bereich sehr gut
modellmäßig nachgebildet.
Gaskissenprinzip, Einsatz der Projektion und
Verwendung magnetischer Kräfte machen den
Luftkissentisch zu einem hochwertigen Unterrichtsmittel,
das sich durch einfache Bedienung,
hohe Zuverlässigkeit/ universelle Einsatzmöglichkeiten
und große methodische Vorzüge auszeichnet.
Einige der Experimente sind mit den z.
z. bekannten Methoden prinzipiell nicht besser
durchführbar.
Den Haupteinsatz findet der Luftkissentisch bei
Modellexperimenten zu mikrophysikalischen
Vorgängen. Durch die modellmäßig-anschauliche
und sehr gut sichtbare Demonstration stellt er eine
Art „Fenster zum Mikrokosmos” dar. Dabei müssen
jedoch die Mängel und Grenzen der Modellierung
beachtet werden. Neben der starken Vereinfachung
und der rein mechanischen Darstellung
bestimmen in vielen Fällen andersartige
Kräfte den Bewegungsablauf der realen Objekte.
Weiterhin laufen alle Vorgänge in einer Ebene
ab. Das Modell enthält schließlich zusätzliche
Verfälschungen, die z.B. in der Form und
der Farbe der Schwebekörper ihren Niederschlag
finden.
Infolge des relativ großen Luftdurchsatzes und
der kleinen Schwebekörper treten zusätzliche
Antriebsmechanismen auf. Sie bewirken, daß die
kleinen Schwebekörper nie zur Ruhe kommen,
solange der Luftstrom anhält. Daraus resultiert
der große didaktische Vorteil, daß viele Prozesse
beliebig lange beobachtet werden können, ohne
daß ein Eingriff von außen erforderlich ist.
Andererseits bedingt die begrenzte Kraftwirkung
zwischen Schwebekörpern und zwischen ihnen
und den magnetischen Barrieren eine bestimmte
Höchstgeschwindigkeit, die sich bei sehr schnellen
Schwebekörpern bereits nach einem Stoß
weitgehend gestellt hat.
Diese Mechanismen tragen in den meisten Fällen
dazu bei, daß sich ein optimaler, gut beobachtbarer
Bewegungsablauf von selbst einstellt.
Der Antriebsmechanismus vergrößert die Geschwindigkeit,
die nicht voll elastischen Stöße
begrenzen sie.
Beide Mechanismen können sich jedoch auch
nachteilig auswirken, indem sie die interessierenden
Bewegungsabläufe verfälschen. Erst die
Kenntnis dieser Prozesse und ihre bewußte Nutzung
bzw. Berücksichtigung durch den Experimentator
ermöglicht die volle Ausschöpfung der
großen Potenzen dieses wertvollen Unterrichtsmittels.
Im folgenden werden zunächst der Aufbau und
die Einsatzmöglichkeiten des Luftkissentisches
beschrieben. Danach erfolgt eine Anleitung für
die Durchführung wichtiger Experimente.
Die Bilder sollen die Arbeit erleichtern. Sie
sind jeweils aus der Blickrichtung aufgenommen,
aus der der Lehrer den experimentellen
Aufbau auf dem Luftkissentisch sieht.
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