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 pme041  Wann schweben Körper?
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 Informationen zum Mediensatz
Was uns immer wieder aus dem Blickwinkel gerät, ist die Tatsache, dass wir in der Erdatmosphäre eigentlich Lebewesen sind, die sich auf dem Meeresgrund eines riesigen Luft-Meeres aufhalten und schon bereits in entsprechender "Meereshöhe" gesundheitliche Probleme haben können ( Sauerstoffmangel und erhöhte Strahlungsraten ). Wir leben dabei unter einem enormen Luftdruck, der ca. 10 m Wassertiefe entspricht und erfahren dabei zusätzlich einen Auftrieb, der sehr gering ist und den wir folglich auch nicht wahrnehmen. Wir kennen genau genommen ja auch keine anderen Lebensverhältnisse persönlich.
Dieser Mediensatz beschäftigt sich mit dem Funktionsprinzip des Zeppelins, und des Heissluftballons, das wie beim Schwimmen mit der Auftriebskraft zusammenhängt. Die Luft hat, abhängig von der Höhe, nicht nur einen unterschiedlichen Luftdruck (Schweredruck), sondern wegen der Komprimierbarkeit der Gase auch eine höhenabhängige Dichte, die wegen ihres geringen Zahlenwertes in kg pro m3 angegeben wird und letztlich Anzahl der Luftteilchen pro Volumen bedeutet. Da wir die Masse / Gewichtskraft von Körpern nun mal nicht verändern können, müssen wir eben das Volumen entsprechend vergrößern, wenn wir Gegenstände dazu bringen möchten, dass sie aufsteigen und schweben. Erreichen wir damit die Dichte der Luft, so schwebt ein Körper in der Flughöhe, in der die Luft dieselbe Dichte hat. Nun lässt es sich die Luft aber nicht "gefallen", dass wir uns darin beliebig ausdehnen, denn der Luftdruck wirkt gewaltig auf alle Körper, wie der Versuch zu den Magdeburger Halbkugeln deutlich zeigt. Ein Zeppelin würde vom Luftdruck flugunfähig geknüllt, wenn er nicht von innen einen in etwa gleichgroßen Druck hätte. Wäre die Füllung aus Luft, so wäre der Rest der Konstruktion zu schwer, um insgesamt aufsteigen zu können. Mit Füllgasen kann man zwar den Druckausgleich innen / außen erreichen, die aber müssen von geringerer Dichte als die der Luft sein und damit bleibt nicht mehr viel Auswahl. Theoretisch möglich sind Wasserstoff oder das Edelgas Helium. Wasserstoff scheidet auf Grund seiner hohen Explosivität aus, führte ja auch beim Zeppelin der ersten Generation letzlich im Zusammenhang mit der Luftelektrizität zum großen Unfall. Es bleibt somit Helium als Füllgas übrig, wobei das Volumen des Auftriebkörpers so groß sein muss, dass das gesamte "Fluggerät" samt Passagieren und sonstiger Last bei abgeschaltetem Antrieb eine mittlere Dichte erreicht, die der Dichte der Luft in der vorgesehenen "Flughöhe" entspricht.
Beim Heissluftballon nutzt man die Tatsache aus, dass sich Luft, wie alle Gase bei Erwärmung ausdehnt und sich auf diese Art eine geringere Dichte ergibt, die den Auftrieb für dieses Fluggerät verursacht. An der unten offenen Hülle wird erkennbar, dass der Luftdruck zwar innen und außen gleichgroß ist, die Dichte der Luft aber eben etwas anderes ist, als der Luftdruck.
Wieviel Auftrieb ergibt sich in etwa für eine Person am Boden des Luftmeeres? Eine Person mit 75 kg Masse erhält ungefähr soviel Auftrieb, wie es der Gewichtskraft einer üblichen Schokoladentafel zu 100 g entspricht.
Tipps zur Folie: Diese Folie wurde als einzelnes Informations-Medium geschaffen.  Sollten Sie dem Schüler dazu etwas in die Hand geben wollen, so können Sie die Farbfolie im Graustufen-Modus als Kopiervorlage ausdrucken.
Tipps zum Whiteboard-Einsatz:  Die Mediendarstellung kann im Browser mit der Tastenkombination [Strg] + Plustaste oder Minustaste oder mit [Strg] und dem Mausrad vergrößert oder verkleinert werden, um dann erklärend in die projizierte Folie oder das Arbeitsblatt hinein zu arbeiten. Mit der Software des Smartboards / Aktivboards können Medien-Bereiche (vorerst) abgedeckt werden oder weitere Erklärungen angebracht werden. So lässt sich z.B. auch ein Arbeitsblatt in der Projektion einfärben oder (gemeinsam) ausfüllen.