2,7 MB pdf-Datei - Physik am Samstag
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Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Fachrichtung <strong>Physik</strong>, Professur Didaktik der <strong>Physik</strong><br />
Sieg über die Schwerkraft -<br />
Vom Schweben und Fliegen<br />
<strong>Physik</strong> <strong>am</strong> S<strong>am</strong>stag<br />
7.11.2009<br />
Gesche Pospiech
Einleitung<br />
Vom Schweben und Fliegen<br />
Schweben – schwerelos sein, kein Gewicht spüren<br />
Fliegen – Traum der Menschen, Faszination erleben
Was ist das Schwerste von allem<br />
Was Dir das Leichteste dünkt:<br />
Mit den Augen zu sehen,<br />
Was vor den Augen Dir liegt.<br />
Goethe, Xenien
Schweben im Gravitationsfeld<br />
Bilder Parabelflug, ISS,
Berührungsloses Heben
CMS-Detektor <strong>am</strong> Large Hadron Collider<br />
(LHC)<br />
Foto:<br />
CERN
Schweben im Wasser
– und in der Luft
Ausgleich der Schwerkraft<br />
Kräftegleichgewicht<br />
Vermittlung durch elektrische oder magnetische Felder<br />
Satz von S<strong>am</strong>uel Earnshaw (1842):<br />
Ein Probekörper, der einer beliebigen 1/r 2 -Kraft oder einer<br />
Kombination solcher Kräfte ausgesetzt ist, kann keine<br />
stabile Gleichgewichtslage einnehmen.
Realisierung von Schweben – Die<br />
Paulfalle<br />
Ionen in einer linearen<br />
Paulfalle<br />
Paulfalle
Fliegen – aktiv und passiv<br />
S<strong>am</strong>enflug<br />
Alle Körper fallen gleich schnell!<br />
Vogelflug<br />
Segelflug<br />
Flügelschlag<br />
Menschengeschaffene Fluggeräte
Vorbilder in der Natur<br />
S<strong>am</strong>enflug<br />
Ballonflieger: Wundklee<br />
Schirmflieger: Löwenzahn, Disteln<br />
Haarflieger: Wiesenbocksbart<br />
Schraubenflieger: Ahorn, Linde<br />
Gleitflieger: Zanonie<br />
Körnchenflieger: Bärlapp, Orchidee,Heidekraut
Schirmflieger: Löwenzahn<br />
Erhöhung des Luftwiderstands
Widerstandsbeiwert von<br />
Löwenzahns<strong>am</strong>en<br />
Schwebbedingung:<br />
G= 1 2 c W A v 2<br />
m=0,65mg<br />
v=0,38 m s<br />
=1,28 kg<br />
m 3<br />
r=4 mm<br />
Widerstandsbeiwert einer<br />
massiven Scheibe<br />
c W = 2G<br />
A v 2 =1,3
Gleitflieger: Zanonia<br />
Vorbild für Fluggeräte:<br />
Gewicht: ca. 0,2g<br />
Flughaut:<br />
Gleitzahl: 1:8<br />
15cm Spannweite,<br />
Sinkgeschwindigkeit:18cm/sec<br />
Flugeigenschaften:<br />
"autostabiles Profil" Flughaut in Längsund<br />
Querachse nach oben, sichelförmig<br />
nach hinten gebogen.<br />
Schwerpunkt <strong>am</strong> Übergang des ersten<br />
zum zweiten Drittel der Längsachse
Prinzip des Gleitflugs<br />
Gleitzahl:<br />
v=tanu
Schraubenflieger:<br />
Flug des Ahorns<strong>am</strong>ens
Historische Fluggeräte<br />
Leonardo da Vinci<br />
1452-1519<br />
Schneider von Ulm<br />
1770-1829<br />
Otto Lilienthal<br />
1848-1896
Dädalus Düsentrieb<br />
Yves Rossy (2003):<br />
Jet Wing
Effekte der Aerodyn<strong>am</strong>ik<br />
Satz von Bernoulli<br />
Kontinuitätsgleichung<br />
Energieerhaltung<br />
Hydrodyn<strong>am</strong>isches Paradoxon<br />
Magnus-Effekt<br />
Zirkulationsströmung,<br />
Wirbelerhaltung
Strömung um Tragflächen<br />
Druckverteilung:<br />
L<strong>am</strong>inare Strömung<br />
Zirkulationsströmung
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