Der Traum vom Fliegen

Ein Lernszenario für OSR

von Mag. Ronald Binder

Kurzbeschreibung siehe Beilage:

Der Traum vom Fliegen_Kurzbescheibung.doc

Teaching Phase 1 – Pre Visit Wecken der Neugierde

Experiment 1: Styroporball im Trichter: Halte den Ball zuerst in den Trichter. Blase, wie in der Abbildung, in den Trichter hinein. Der Ball wird nicht weggeblasen, sondern

angesaugt. Warum?

Teaching Phase 1 – Pre Visit Wecken der Neugierde

Experiment 2: Schwebender Styroporball: Biege einen Strohhalm, wie in der Abbildung. Halten den Ball über dem Strohhalm und blase in

den Strohhalm. Der Ball schwebt in der Luftströmung, selbst wenn

der Strohhalm schräg gehalten wird. Warum?

Teaching Phase 1 – Pre Visit Wecken der Neugierde

Experiment 3: Aufsteigendes Papier: Nimm ein A4-Blatt Papier und halte es vor deinen

Mund. Blase nun über die Oberseite. Das Papier wird nach oben gedrückt. Warum?

Teaching Phase 1 – Pre Visit Anknüpfen an Vorverständnis

Beschreibe folgende dir bereits aus dem Unterricht bekannte Begriffe:

Kraft Wechselwirkungsgesetz Rückstoßprinzip Teilchenmodell der Luft Schwerkraft

Teaching Phase 2 – Pre Visit SchülerInnen führen selbst ein Experiment

durch Material:

Papierstreifen 7,5x21 cm (= 1/4 von DIN-A4) stärkeres Papier (z.B.160 g/m²)

Schere Trinkhalm Klebestreifen Faden

Teaching Phase 2 – Pre VisitDurchführung:

Zuerst klebt man die Schmalseiten des Papierstreifens mit Klebestreifen zusammen und macht an der Vorderseite, etwas unterhalb der Mitte, einen Knick. Ein Stück Trinkhalm wird senkrecht durch die Tragfläche gesteckt und durch diesen wird ein Faden geführt. Nun bläst man von vorne auf die Tragfläche und beobachtet ihr Verhalten.

Teaching Phase 2 – Pre VisitBeobachtung:

Veränderungen an der Versuchsdurchführung bewirken ein unterschiedliches Verhalten des Tragflügels. Überlege!

Was passiert, wenn man stärker bläst? Wie verändert sich das Versuchsergebnis, wenn man den

Anblaswinkel variiert? Welche Bedeutung hat die Stärke der Krümmung der

Tragfläche? Verwende nun ein größeres Stück Papier. Wie verhält sich

nun die Tragfläche?

Teaching Phase 2 – Pre Visit SchülerInnen formulieren erste

Erklärungen oder Hypothesen Mögliche Falschvorstellung:

Hauptursache des Auftriebs: Kraft von unten

Teaching Phase 2 – Pre VisitGegenargument:

Die Tragfläche erhält auch bei waagrechter Ausrichtung eine Kraft nach oben.

http://www.kurztutorial.info/kinderfragen/flugzeug/warum-fliegt-ein-flugzeug.htm

Teaching Phase 2 – Pre VisitGegenargument:

Ablenkung der Luft an der Oberseite der Tragfläche.

Im Experiment mit Luft und Wasser veranschaulicht,

Teaching Phase 3 – Visit Sammeln von Informationen durch einen

Besuch im Technischen Museum Wienwww.tmw.at

Durchführung der Mobilen Applikation „Fliegerträume“ in der Abteilung Luftfahrthttp://mox.fh-joanneum.at/fliegertraeume/

Teaching Phase 3 – Visit

Teaching Phase 4 – Post Visit Erklärung des Auftriebs in der Schule

Die Form und der Anstellwinkel der Tragfläche sind von großer Bedeutung für das Zustandekommen des aerodynamischen Auftriebes.

Die Tragfläche stellt für die Luftströmung ein Hindernis dar, das „umlaufen“ werden muss. Die Luftströmung teilt sich einen oberen und einen unteren Bereich. Das Luftvolumen möchte sich infolge seiner Trägheit geradlinig weiterbewegen.

Teaching Phase 4 – Post Visit

Damit würde es sich aber an der Oberseite vom Tragflächenprofil entfernen und somit entsteht zwischen Tragflügel und der umströmenden Luft ein Unterdruck. Die Luft wird daher nach unten beschleunigt und folgt der geometrischen Form der Tragfläche. Daraus resultiert nach dem Wechselwirkungsgesetz eine Reaktionskraft in die Gegenrichtung, die je nach Anstellwinkel und Flügelform einen mehr oder weniger starken Auftrieb liefert.

Teaching Phase 4 – Post VisitVeranschaulichung der Strömung

Teaching Phase 4 – Post VisitBerechnung des Auftriebes

ρ … Luftdichte v … Anströmgeschwindigkeit A … Fläche der Tragfläche (Näherungsweise das Produkt

aus Spannweite und mittlerer Tragflächentiefe) cA … Auftriebsbeiwert (Abhängig von Profilform und

Anstellwinkel = Winkel zwischen Anströmrichtung und Profilsehne)

A2

A Acv2

1F

Teaching Phase 4 – Post VisitVeränderung des Anstellwinkels in einer

Simulation

Teaching Phase 4 – Post VisitVerwendung von unterschiedlichen

Tragflächenprofilen und Geschwindigkeiten in einer Simulation:

http://www.planet-schule.de/warum/fliegen/themenseiten/t2/s1.html

Teaching Phase 4 – Post VisitFür besonders Interessierte: Ein Programm

der NASA: Foil Sim http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/FoilSim/index.html

Teaching Phase 4 – Post Visit Erklärung der Einführungsexperimente

Umlenkung der Strömung bewirkt eine Reaktionskraft. Wenn die Strömung nicht symmetrisch ist, wirkt eine resultierende Kraft in eine Richtung.

Beim symmetrischen Styroporball entsteht aufgrund der Schwerkraft ebenfalls keine symmetrische Strömung. Daher ist die Kraft im Punkt A größer als im Punkt B.

A

BB

A

B

A

B

Teaching Phase 4 – Post VisitBeobachtung:

Der Styroporball beginnt sich zu drehen. Dies zeigt, dass die Luftgeschwindigkeit an der Oberseite stets schneller ist. Analog: Tragflügel

Teaching Phase 4 – Post VisitGesetz von Bernoulli:

Je größer die Geschwindigkeit eines Gases oder Flüssigkeit (bei einer Verengung), desto kleiner ist der Druck an dieser Stelle.

http://home.earthlink.net/~mmc1919/venturi.html (interaktiv)

Teaching Phase 4 – Post Visit Zusammenfassung der geschichtlichen

Erkenntnisse aus dem Museumsbesuch:

Teaching Phase 5 – Post Visit Reflexion

Aufgabe: Jede Gruppe soll das Erlernte an Papierfliegern testen und zum Abschluss eine Präsentation vorbereiten.

Teaching Phase 5 – Post Visit

http://brain.exp.univie.ac.at/ypapierflieger/papfs.htm

http://www.brgkepler.at/~rath/fliegen/index.html

Teaching Phase 5 – Post Visit Lernzielüberprüfung:

quiz_Der_Traum_vom_Fliegen.htm