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- Herausgeber: BookRix
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2018
Suffi, Robbi und ein Teufelstaucher... in diesem Buch erwarten Sie 20 amüsante Spielzeuge, verblüffende Spielereien sowie etliche pfiffige Experimente, die Sie ohne viel Aufwand selbst durchführen können. Und die federleichte Erklärung gibt es gleich dazu.
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Seitenzahl: 84
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Suffi, Robbi und ein Teufelstaucher
Spielzeuge wissenschaftlich betrachtet
BookRix GmbH & Co. KG80331 MünchenKennen Sie Suffi, Robbi und den Teufelstaucher?
Dabei handelt es sich um kleine Spielzeuge, zu denen nicht nur Kinder, sondern auch Erwachsene gerne greifen. Aber was haben Spielereien und Wissenschaft miteinander zu tun?
Mehr als man denkt. Denn ihr reibungsloses Funktionieren und ihr verblüffendes Verhalten basieren auf einfachen physikalischen Sachverhalten bzw. Phänomenen, die sich dem interessierten Zuschauer oft erst auf den zweiten Blick erschließen.
In diesem Buch stelle ich Ihnen nicht nur einige dieser Spielzeuge vor, sondern möchte Sie auch zu eigenen Experimenten ermuntern, bei denen „es anders ausgeht, als man erwartet“. Und zu allen Spielereien liefere ich natürlich eine eingängige und federleichte Erklärung, die nicht viel Vorwissen benötigt. Den Formeldschungel (aus der Schulzeit) können Sie dabei getrost vergessen - Sie brauchen ihn dafür garantiert nicht.
Also viel Spaß beim Spielen, Ausprobieren und natürlich Schmökern. Und Sie wissen ja: Physiker spielen halt gern.
Die Physikhexe
Übrigens: Die meisten der vorgestellten Spielzeuge können Sie kaufen, die anderen Spielereien sind leicht selbst anzufertigen und benötigen meist nur Material, das Sie sowieso zu Hause haben.
Und noch schnell das "Kleingedruckte": Alle Versuche und Spielereien habe ich selbst ausprobiert (und oft mit Fotos dokumentiert). Da ich jedoch Ihre häuslichen Verhältnisse nicht kenne, kann ich keine Haftung für Ihre Experimente übernehmen. Und: Bleiben Sie dabei, wenn Sie mit Kindern experimentieren, auch wenn alles "ungefährlich" erscheint.
Kräfte im Verborgenen - Schnuppi, Schnappi und Robbi
Manchmal findet man sie in gut sortierten Spielzeuggeschäften noch: Tanzende Püppchen, Käferchen, kleine Spinnen, die auf Pappdeckeln krabbeln, oder sich beschnüffelnde Hunde. Solche Magnetspielzeuge sind faszinierend, auch wenn Sie den Mechanismus des Spielzeugs schnell durchschauen: Erkennt man doch auf den ersten Blick, dass die Bewegungen durch magnetische Kräfte verursacht werden.
Schnuppi und Schnappi – die beiden Magnethunde
Die beiden magnetischen Hunde sind einfach zu putzig. Und sie tun, was alle Hunde beim Kennenlernen machen: Nähert man sie einander vorsichtig an, so scheint es, als würden sie sich – wie echte Hunde – zunächst schnuppernd umkreisen, um dann mit einem Sprung nach Hundeart aneinander zu haften. Küsschen wollen sie sich jedoch nicht geben, vielmehr interessiert sie das Hinterteil des jeweils anderen viel mehr! Man kann gleich erkennen, dass Magnete für dieses Hundeverhalten sorgen.
Abb. 1: Diese beiden Hund mögen sich dank Magnetismus
Mit Nägeln oder anderen Eisenteilen lässt sich leicht nachweisen, dass die kleinen Figürchen an den entsprechenden Stellen kleine Zylindermagnete enthalten. Solche Zylindermagnete, die in ihrer Form von den bekannten Hufeisen- oder Stabmagneten abweichen, findet man oft zum Befestigen an Pinnwänden oder Tafeln. Ihre magnetischen Kräfte wirken an den beiden Kreisflächen, die die Pole des Magneten darstellen. In der Mitte des Zylindermantels sind dagegen die magnetischen Kräfte verschwindend gering.
Mit einer kleinen Kompassnadel können Sie die Polung der Magnete herausfinden: gleiche Pole stoßen sich ab, ungleiche Pole ziehen sich an. Also ist der Pol des Zylindermagneten, der den Nordpol der Kompassnadel anzieht, der Südpol und umgekehrt. Erstaunlich ist, dass die magnetischen Kräfte nicht nur bei Berührung wirken, sondern auch bei Entfernungen bis zu mehreren Zentimetern und dass sie andere Stoffe wie Glasplatten, Pappe und sogar Metalle mühelos durchdringen können.
Robbi - der kleine Seehund
Bei dem Seehund Robbi ist die Sache allerdings nicht so leicht zu durchschauen. Zunächst balanciert Robbi seinen Ball geschickt auf dem Kopf. Unter seiner Schädeldecke hat er nämlich ebenfalls einen Zylindermagneten, der für die nötige Anziehungskraft des mit einem Magneten bestückten Balles sorgt. Aber Robbi kann noch mehr! Legen Sie den Ball vor den Seehund und nähern ihm die Vorderfront, bleibt der Ball nicht – wie man wohl erwartet – am Bauch von Robbi haften. Leicht drehend bewegt sich der Ball stets vor dem kleinen Seehund her und macht dabei alle Kurven und Abwege folgsam mit.
Abb. 2: Robbi balanciert einen Ball auf dem Kopf
Augenscheinlich ist in dem Seehund noch ein zweiter Magnet versteckt, der auf den Ball einwirkt. Aber wie bewirkt dieser Magnet das Drehen des Balls? Um der Sache auf den Grund zu gehen, könnten Sie das Innenleben von Robbi erkunden, aber dafür muss man das Spielzeug natürlich zerstören. Einfacher wird es (wieder) mit einer Kompassnadel oder mit einem weiteren kleinen Magneten, mit dem Sie – Arzt für magnetische Krankheiten? – vorsichtig den Bauch des Seehundes abtasten. Und tatsächlich kann man an der Vorderseite des Seehundes je zwei (ungleiche) Magnetpole entdecken. Allerdings liegt dieser Stabmagnet schräg, ein Nagel, der außen haften bleibt, zeigt seine Richtung an.
Abb. 3: Robbi kann auch mit dem Ball spielen
Eine Drehbewegung kommt zustande
Die Magnetpole von Seehund und Ball sind zudem gut gewählt: Sie stoßen sich ab, und zwar oben und unten. Nähert man den Seehund dem Ball, so beobachten Sie schon bei einem Abstand von wenigen Zentimetern eine leichte Bewegung des Balls, er neigt sich vom Magneten weg. Beide Magnetkräfte sind abstoßend, aber sie wirken sich offenbar unterschiedlich aus: Eigentlich wollen beide den Ball nur wegschieben. Aber die untere Kraft muss ja gegen die Reibung des Balls auf der Tischplatte ankämpfen und reicht bei größeren Entfernungen (noch) nicht aus. Die obere Kraft kippt den Ball und das dabei entstehende Drehmoment (oder Kippmoment) macht, was es machen muss: Es dreht den Ball, und zwar um den Berührungspunkt des Balls mit der Platte. Es ist ja nur eine kleine Stelle, um die der Ball ganz leicht gedreht werden kann.
Für Spezialisten: Der Hebelarm für dieses Drehmoment ist der Abstand des Berührungspunktes mit der Tischplatte von der Wirkungslinie der oberen (abstoßenden) Magnetkraft. Das Drehmoment ist natürlich nicht sehr groß, doch ein leichtes Bällchen lässt sich damit drehen. Und wenn der kleine Seehund seinem Ball dann doch zu nahe kommt, wird die Reibungskraft endlich überwunden: Er schiebt den Ball drehend vor sich her.
Ein eigenes Experiment
Dass diese Überlegungen richtig sind, können Sie mit zwei Magneten selbst ausprobieren: Kleben Sie einen kleinen Zylindermagneten unten in eine halbe Eierschale, die Sie dann mit einem (ebenfalls kleinen) Stabmagneten drehend über eine Tischplatte bugsieren. Achten Sie auf die richtige Polung der Magneten, halten Sie den Stabmagneten schräg. Dreht man den Führungsmagneten um, so treten anziehende Kräfte auf. Der Ball dreht also nicht weg, sondern rollt auf „Robbi“ zu. Geheimnis gelüftet!
Wer übrigens doch mal das Innenleben des echten Robbi erkundet und diesen vorsichtig öffnet, wird erstaunt sein, denn er enthält gar keinen Stabmagneten, sondern einen kleinen Zylindermagneten. Dieser hat jedoch eine andere Polverteilung als die, die Sie bereits kennen gelernt haben. Sie ähnelt nämlich der eines Stabmagneten.
Spielzeug mti geheimer Kraftwirkung - die Bärenwippe
Die Bärenwippe wird zwar als Spielzeug für Erwachsene verkauft, verblüfft jedoch auch Kinder, denn unter dem „Schein eines Kerzenlichtes“ wippen die beiden Bärchen unaufhörlich auf und ab.
Abb. 4: Richtig justiert kennt der Schaukelspaß scheinbar kein Ende
Beim Aufbau benötigen Sie Fingerspitzengefühl
Allerdings muss das kleine Spielzeug aus einzelnenTeilen mit etwas Geschick zusammengesetzt werden. Setzen Sie zunächst den leichten Wippbalken fachgerecht ein und bestücken Sie ihn mit den beiden Bärchen. Dann wird ein Metallbügel in die beiden Löcher des Wippbalkens gesteckt und mit einer Art Ausleger versehen, der an einer Spiralfeder hängt. Eine große Perle am Ende dieses Auslegers sorgt für das nötige „Übergewicht“. Jetzt ist allerdings etwas Fingerspitzengefühl nötig, denn Sie müssen die beiden Bären so austarieren, dass die Wippe bei angezündeter Kerze tatsächlich in Gang kommt – leider kein leichtes Spiel, wie ich feststellen musste. Aber dann kann es losgehen: Kerze an und etwas Geduld mit der Sache haben.
Die Spirale hat ein verborgenes Geheimnis
Augenscheinlich sorgt die Wärmeenergie der Kerze für die nötige Energie: Zündet man das Teelicht auf dem Balken an, bewegt sich der Ausleger mit der Perle zwar langsam, aber unaufhörlich hin und her und zieht so den jeweiligen kleinen Bären auf seiner Wippe mit.
Tatsächlich ist die Spirale an diesem Ausleger der „Motor“ der Bärenwippe, die ein kleines, nicht sichtbares Geheimnis birgt: Sie besteht nämlich aus einem sog. Bimetall, das heißt, aus zwei Metallen, die sich beim Erwärmen unterschiedlich stark ausdehnen und dadurch verkrümmen. Solche Bimetalle werden beispielsweise auch als Temperaturregler (Bügeleisen) verwendet. Ist die gewünschte Temperatur erreicht, verbiegt sich der Streifen und öffnet den heizenden Stromkreis.
Im Fall der Bärenwippe windet sich das Bimetall durch die Erhitzung und hebt die Perle auf die andere Seite der Wippe. Hier allerdings befindet sich die Spirale nicht mehr in Flammennähe und kühlt ab. Dabei zieht sich das Bimetall auf seine ursprüngliche Form und Länge zusammen – der Hebel kippt und die Wippe schwingt zurück. Genaue Beobachter werden feststellen, dass der Rückschwingvorgang meist länger dauert als das erneute Aufheizen.
Achten Sie also bei der Inbetriebnahme darauf, dass die Spirale bei ihrer Bewegung in und aus der Flamme gerät. Vielleicht müssen Sie das Teelicht drehen oder etwas verschieben. Und natürlich darf die Flamme nicht so groß sein, dass sich die Spirale ständig in der heißen Zone befindet (Docht einkürzen).
Die Kerzenwippe – wippen durch Gewichtsverlust
Viel einfacher zu durchschauen und natürlich ohne die lustige Bärenbesatzung ist eine Kerzenwippe, die Sie selbst bauen können. Sie benötigen dazu einen Korken, auf den Sie seitlich mithilfe von zwei Nägeln oder dünnen Nadeln zwei gleiche Kerzen aufstecken. Bohren Sie nun noch der Länge nach durch den Korken eine längere Stricknadel und legen Sie die Wippe dann passend auf, beispielsweise über zwei umgedrehte Gläser – manchmal muss man noch etwas austarieren. Nun zünden Sie die Kerzen an und die Wippe startet: Fällt nämlich an einer der beiden Kerzen ein Wachstropfen herab, so verlagert sich der Schwerpunkt der Wippe zur anderen Seite. Da die Kerzen (hoffentlich) abwechselnd tropfen, steht dem Spiel nichts mehr im Wege.
Ein Nagel fühlt sich magisch angezogen
In diesem erstaunlichen Versuch wird ebenfalls geschaukelt – Grund sind „geheime“ Kräfte der Physik. Hängen Sie einen Eisennagel an einer Schnur frei auf und platzieren Sie in seine Nähe einen Magneten, sodass er von diesem angezogen wird, ihn jedoch nicht erreicht – eine ordentliche Schräglage ist durchaus erwünscht.
