Über dieses Experiment
Schneide einen Papierstreifen aus, falte zwei Flügel und befestige eine Büroklammer daran: Wenn du ihn fallen lässt, dreht er sich langsam wie ein Ahornsamen bis zum Boden. Was lässt ihn langsamer fallen? Bastle Papierhubschrauber mit längeren oder kürzeren Flügeln, mehr Büroklammern oder dickerem Papier. Lass sie an einem Messstab hinunterfallen und miss die Fallzeit mit einer Stoppuhr. Notiere jeden Fallversuch, wiederhole deine Tests und achte darauf, dass jeder Test fair ist, indem du immer nur eine Sache auf einmal änderst.
Lernziele
- Plane einen fairen Test, indem du eine Variable änderst und die anderen gleich lässt
- Miss die Fallzeiten und trage sie in eine Tabelle ein
- Wiederhole die Messungen und berechne den Durchschnitt
- Beschreibe, wie Flügellänge und Gewicht die Fallzeit beeinflussen
- Erkläre, dass der Luftwiderstand fallende Gegenstände abbremst
Anleitung
- 1Lass den Papierhubschrauber mit 8 cm langen Flügeln und 1 Büroklammer dreimal fallen. Sind die Zeiten genau gleich? Warum nicht?
- 2Ändere nur die Flügellänge auf 6 cm und lass ihn dreimal fallen. Probiere danach 10 cm und 12 cm aus.
- 3Sieh dir das Diagramm an. Was passiert mit der Fallzeit, wenn die Flügel länger werden?
- 4Lass die Flügel 8 cm lang und probiere 0, 2 und 3 Büroklammern aus. Stelle zuerst eine Vermutung auf und überprüfe sie dann.
- 5Probiere statt Druckerpapier Karton aus. Fällt ein schwererer Hubschrauber schneller oder langsamer?
- 6Blende die Vorhersagelinie ein. Stimmen deine Ergebnisse mit ihr überein?
Das Modell
Annahmen
- Der Hubschrauber wird aus Papier ausgeschnitten: zwei 3 cm breite Flügel und ein 3 cm × 8 cm großer Rumpf. Jede Büroklammer hat eine Masse von 0,5 g.
- Die rotierenden Flügel wirken wie eine Scheibe mit einem Radius, der der Flügellänge entspricht, und einem Luftwiderstandsbeiwert von 1,3. Dadurch ergeben sich Fallgeschwindigkeiten, die denen echter Papierhubschrauber ähneln.
- Jede Stoppuhrmessung enthält einen kleinen, zufälligen menschlichen Messfehler. Für denselben Hubschrauber und dieselbe Fallnummer ergibt sich jedoch immer derselbe Messwert.
- Der Hubschrauber beginnt sofort, sich zu drehen, und die Luft ist ruhig. Echte Hubschrauber ohne Büroklammer können schwanken oder trudeln, statt sich zu drehen.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum solltest du jeden Hubschrauber mehr als einmal fallen lassen?
- Q2Ein Schüler hat gleichzeitig die Flügellänge und die Anzahl der Büroklammern verändert. Warum ist der Versuch nicht fair?
- Q3Ein Hubschrauber brauchte 2,4 s, 2,6 s und 2,5 s. Wie lange dauerte es im Durchschnitt?
- Q4Welcher Hubschrauber würde am längsten in der Luft bleiben: einer mit langen Flügeln und ohne Büroklammern oder einer mit kurzen Flügeln und drei Büroklammern?
- Q5Wie nutzen die Samen von Ahorn und Bergahorn dieselbe Idee?
Häufig gestellte Fragen
Warum dreht sich der Hubschrauber?
Während er fällt, drückt die Luft unter den Flügeln nach oben. Da die Flügel in entgegengesetzte Richtungen gefaltet sind, wirkt der Druck auf jeden Flügel leicht seitlich, und die beiden Kräfte drehen den Hubschrauber. Die rotierenden Flügel fangen mehr Luft auf und bremsen den Fall.
Warum fällt er mit längeren Flügeln langsamer?
Längere Flügel durchstreichen beim Drehen einen größeren Luftkreis, sodass mehr Luftwiderstand entsteht. Sie bringen auch etwas mehr Gewicht mit sich, aber der zusätzliche Luftwiderstand ist stärker.
Warum überhaupt eine Büroklammer hinzufügen?
Die Büroklammer hält das Gewicht niedrig, sodass der Hubschrauber aufrecht bleibt und sich dreht, statt zu trudeln. Zu viele Büroklammern machen ihn schwer, sodass er schneller fällt.