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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05

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airplane’s wings x 2

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0807

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x 206

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11 12

STEP A,E

STEP B

STEP C

STEP F

STEP D