01
Wie du bereits gelernt hast manövrieren die
Piloten ihr Flugzeug mit Hilfe der Tragflächen.
Sie benutzen Hebel und Knöpfe um die
Trimmung ihres Flugzeugs zu ändern. Mit
einem Steuerrad heben oder senken sie die
Querruder und Höhenruder, während sie mit
Pedalen die Seitenruder nach links oder
rechts bewegen.
Die Querruder steuern die Querlage des
Flugzeugs, das sogenannte Rollen, wenn ein
Flügel gesenkt und der andere gehoben wird.
Die Höhenruder steuern die Längsneigung
des Flugzeugs, wird ihr Anstellwinkel
geändert (nach unten) sinkt oder (nach oben)
steigt das Flugzeug. Das Gieren des Flugzeugs
wird durch das Seitenruder gesteuert, geht es
nach links, dann fliegt die Maschine nach
links und umgekehrt. Wenn Querruder und
Seitenruder gleichzeitig bedient werden,
dann fliegt das Flugzeug eine Kurve.
Zusätzlich haben Flugzeuge noch
Landeklappen, diese klappen nach unten und
helfen es beim Landen abzubremsen.
Möchtest du wissen wie Piloten ihre
Flugzeuge fliegen? Mit Hilfe des folgenden
Experiments erhältst Du eine Antwort auf
diese Fragen. Lerne alles über die Funktion
der Trageflächen eines Flugzeugs. Finde
heraus wie die Höhenruder die Neigung des
Flugzeugs steuern und wie sie verstellt
werden. Erfahre was Rollen und Kurbeln
bewirken.
- Wie werden die Bewegungen vom Cockpit
auf die Tragflächen übertragen?
- Wie ist die Steuerung mit den Höhenrudern
verbunden?
- Wie bewegen sich die Flügel auf und ab,
links und rechts?
Benötigtes Material:®
- Engino (STH31).
- Schnur (60cm lang).
Piloten müssen die Rotation des Flugzeugs im
dreidimensionalen Raum (Gieren, Neigen, Rollen)
durch trimmen steuern um fliegen zu können. Werde
zum Piloten und steuere die Höhenruder deines
Flugzeugs auf und ab.
Lehrstoff:
Was ist eine Rolle?
Was ist eine Kurbel?
Was ist der Drehmoment?
Entdecke:
FlugzeugflügelExperimente mit dem Flugzeugflügel
02
Durchführung:
1. Baue entsprechend der Anleitung
das Modell einer Tragfläche für die
Aufgaben bis zum 8. Punkt.
2. Beachte, dass in jedem Fall die
Tragfläche leicht hochgehalten
werden muss.
3. Halte das Modell mit einer Hand
und hebe mit der anderen die
Tragfläche, wie rechts gezeigt,
nacheinander an drei verschiedenen
Stellen an. Prüfe wie viel Kraft
notwendig ist um die Flügel jeweils
anzuheben und markiere wo es am
leichtesten ist in der 1. Aufgabe.
4. Natürlich bewegen Piloten die
Tragflächen nicht mit den Händen.
Jetzt simulieren wir wie sie die
Höhenruder steuern. Halte die
Tragfläche hochgestellt (vertikal) und
baue entsprechend der Anleitung
eine Vorrichtung um sie nach oben
und unten zu verstellen. Löse die 2.
Aufgabe.
2. Stelle die Flügel nach unten und wickele dann die
Schnur mehrfach um beide Rollen bis sie gespannt
ist.
1. In welcher der drei Positionen war es am
einfachsten die Tragfläche anzuheben? Kennzeichne
die richtige Beschreibung in der folgenden Aussage.
A
BC
Es war am einfachsten die Flügel aus Position A / B /
C anzuheben. Das liegt daran, daß sie näher/weiter
vom Drehpunkt entfernt ist und deshalb
mehr/weniger Kraft notwendig ist um die Flügel zu
bewegen. Das nennt man Drehmoment.
Rollen & Kurbeln
03
Theorie
Eine Antriebsscheibe ist ein Rad mit einem
gerillten Rand das sich um seine eigene
Achse dreht. Zusammen mit Hebeln, Rädern
und Achsen, geneigten Ebenen, Keilen und
Schrauben gehören sie zu den sechs
einfachen Maschinen. Wie alle einfache
Maschinen haben Antriebsscheiben die
Eigenschaft Kräfte vervielfältigen zu können.
Ein durch ihre Rille laufendes Seil oder Kabel
überträgt die Kraft von einer Position zu einer
anderen. Durch ziehen an dem Seil kann man
ein schweres Objekt leichter anheben und
bewegen. Dabei verstärkt und überträgt die
Antriebsscheibe die Kraft unserer Hände auf
die Last.Wenn wir an dem durch die Rille der
Antriebsscheibe laufenden Seil ziehen, wird
die anliegende Kraft zur Antriebscheibe
übertragen und von dort an die Ladung.
Dadurch wird die Ladung angehoben, wenn
wir das Seil nach unten ziehen. Das Prinzip
wird im Foto oben verdeutlicht, in dem eine
große Antriebsscheibe für den Betrieb eines
Aufzugs benutzt wird.
Anstatt an einem Seil zu ziehen wird es oft
um einen Stiel oder eine Welle gewickelt,
damit es sich mit einer Kurbel leichter
aufwickeln lässt, ähnlich wie bei der Spule
einer Angelrute. In den folgenden
Abbildungen findest du weitere
Anwendungsbeispiele für Antriebsscheiben.
Definition der Antriebsscheibe
04
3. Ergänze die folgenden Sätze mit Hilf der unten
stehenden Wörter.
5. Kennzeichne die richtigen Kästchen in der Tabelle
und bestimme wie viel Kraft jeweils bei der
Bewegung der Kurbeln notwendig ist um die Flügel
auf- und ab zu bewegen. Arten von Antriebsscheiben
Eine feste
Antriebsscheibe dreht
sich um eine starre Achse
die an einem Punkt
befestigt ist. Feste
Antriebsscheiben
werden nicht direkt an
der Last befestigt. Sie
ermöglichen es uns die
Last durch ziehen nach unten ohne
mechanischen Vorteil zu bewegen.
Eine bewegliche Antriebsscheibe ist direkt
mit der Last
verbunden und
bewegt sich
gleichzeitig mit ihr.
Wird das Seil nach
oben gezogen, hebt
sich die Last durch
den mechanischen
Vorteil an.
heben, entgegegengesetzte, senken, gleiche
Wenn sich die vordere im Uhrzeigersinn dreht, ............
sich die Flügel und bewegen sich in die ...............
Richtung. Währendessen sie sich ............... wenn die
hintere im Uhrzeigersinn gedreht wird und sich dabei
in die ................................. Richtung bewegen.
FallPosition
des Griffs
Kraft (Benötigte Drehkraft)
Einfach Mittel Schwer
1.
2.
3.
4. Was beobachtest du jetzt ? Wie verhalten sich die
Flügel und Kurbeln in diesem Fall zueinander?
Vergleiche die Bewegungen der Flügel mit der
vorhergehenden Aufgabe.
............................................................
............................................................
............................................................
............................................................
............................................................
............................................................
............................................................
Durchführung:
5. Wie unten gezeigt befinden sich am
Modell zwei Kurbeln, vorne und
hinten.
6. Drehe zuerst die vordere Kurbel
und dann die hintere in
Uhrzeigerrichtung ( ) . Beobachte
was passiert und löse die 3. Aufgabe.
7. Stelle die Tragfläche vertikal nach
oben und drehe die Kurbeln zurück,
dadurch bild die Schur ein Kreuz.
Drehe wieder zuerst die vordere
Kurbel und dann die hintere in
Uhrzeigerrichtung ( ). Löse die 4.
Aufgabe.
8. Für die folgende Aufgabe mußt du
jeweils den Kurbelgriff wie unten
gezeigt ändern. Für den 1. Fall steckt
der Griff schon im 1. Loch. Drehe die
vordere Krubel im Uhrzeigersinn und
die hintere entgegengesetzt um die
anliegende Kraft zu fühlen.
9. Stecke den Griff an beiden Kurbeln
ein Loch näher zur Achse ein (2.Fall).
Drehe die Kurbeln wie zuvor und
fühle die Kraft. Führe dann den 3. Fall
aus und vervollständige die Tabelle
der 5. Aufgabe.
1
2
3
Vordere
Kurbel
Hintere
Kurbel
05
Eine der ältesten und gebräuchlichsten
Anwendungen von Kurbeln ist das befestigen
eines Griffs am Ende einer Achse um Dinge
zu drehen. Die ältesten Anwendungen sind
die einer Handmühle und von Vorrichtungen
um Wasser aus Brunnen zu schöpfen. Wenn
du dich sorgfältig umschaust findest du auch
heute noch zahlreiche manuelle
Anwendungen mit Hilfe von Kurbeln. Kurbeln
sind eine wichtiger Bestandteil von Winden
die benutzt werden um Seile auf- und
abzurollen. Seilwinden werden für
Segelschiffe, Kräne und Aufzüge benutzt.
QuizÜbung 1
Vervollständige das Diagramm mit Hilfe der unten stehenden Wörter
Eine Kraft wirkt auf drei verschieden Stellen der Kurbel einer Pfeffermühle (A, B, C) wie im Foto
unten. Kannst du beschreiben in welcher Position es einfacher ist die Kurbel zu drehen? In
welchem Fall ist das Drehmoment am stärksten?
06
Wissensprüfung: Prüfe was du gelernt hast.
Was ist eine Antriebsscheibe?
Welche zwei Arten von Antriebsscheiben gibt es?
Wozu werden Antriebsscheiben verwendet?
Wozu benutzt man Kurbeln?
Was ist der Drehmoment?
Übung 2
Das Drehmoment ist die Drehwirkung einer
Kraft auf einen Körper. Wenn eine Kraft
senkrecht auf den Radius der Antriebscheibe
wirkt entsteht Drehmoment. Um ein Objekt
zu drehen müssen wir genug Drehmoment
aufbringen um die Last zu überwinden. Wenn
wir die Kraft nahe am Mittelpunkt ansetzen
ist der Radius der Kreisbewegung kleiner und
es wird mehr Kraft benötigt. Wird die Kraft
weiter vom Mittelpunkt entfernt angesetzt ist
der Radius größer und damit wird weniger
Kraft benötigt um das gleiche Drehmoment
zu erzielen.
Antriebsscheiben können verwendet werden,
wenn man entweder eine Drehkraft
übertragen möchte oder die Richtung und
Geschwindigkeit einer Drehung ändern
möchte. Um dies zu erreichen wird statt
eines Seils ein Riemenantrieb verwendet,
bei dem zwei Antriebsscheiben
zusammenarbeiten und dabei eine
Antriebsscheibe die andere bewegt.
Antriebsscheiben sind ideal um die
Achsrichtung zu ändern. Im ersten Bild eines
kreuzförmigen Riemenantriebs wird die
Richtung im Winkel von 180 Grad geändert.
Im zweiten Bild wird die Achsrichtung um 90
Grad gedreht. Selbstverständlich können
Antriebsscheiben in jedem Winkel verändert
werden ohne ihre Leistung zu
beeinträchtigen. Im dritten Bild wird die
Richtung der Drehkraft der Antriebsscheiben
umgekehrt, in dem der Riemenantrieb
kreuzförmig geführt wird.
Drehmoment
Kurbeln
Anwendungen von Antriebsscheiben
1
2
3
Kraftaufwand, Antriebsscheibe, Seil,
Fixierpunkt, Last
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
......................................................................................
A B CKraft
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airplane’s wings x 2
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02
03
01
0807
09 10
x 206
07
04
05
06
07
08
11 12
STEP A,E
STEP B
STEP C
STEP F
STEP D