Naturwissenschaftlicher Sachunterricht – Sprint II Projekt Thema
„Bionik“
Wärmedämmung nach Eisbärenart
Name: Sonja Hofstetter und Ving Chan Hua
Schule: VS II SchwechatKlasse: 3b
Klassenlehrerin: Petra FuchsProjekttage: 18.1.2013 und
21.1.2013
Fragen:
· Warum friert der Eisbär nicht?
· Warum hat der Eisbär eine schwarze Haut?
· Wie würdest du das Wissen umsetzen?
· Wie wurde das Wissen in der Technik umgesetzt?
Ziele:
· Kinder sollen den Begriff Bionik kennen lernen und erklären
können.
· Kinder nennen die Besonderheiten des Eisbären.
· Kinder können die Experimente vorzeigen.
· Kinder entwickeln ein Gefühl dafür, dass sich aus der Natur
wichtige Ideen für den Alltag und
die Technik ergeben können.
· Kinder lernen verschiedene Beispiele für bionische Erfindungen
kennen.
· Kinder verstehen den Zusammenhang Wärmedämmung Eisbär –
Wärmedämmung Technik
· Kinder lernen, warum ein Eisbär nicht friert.
Unterrichtsmittel:
Arbeitsmittel:
SachinformationWas ist Bionik?
Eine Verbindung zwischen Natur und Technik – wie geht das?
Bionik bedeutet “Lernen von der Natur für die Technik” und damit
die bestehenden Technologien zu
verbessern. Der Begriff Bionik setzt sich aus den Worten
Biologie und Technik zusammen.
Mit dem Traum vom Fliegen begann die Geschichte der Bionik.
Vögel waren die großen Vorbilder der
ersten Flugzeugbauer.
Es gibt in unserem Alltag einige Gegenstände, die Vorbilder aus
der Natur haben. Oft wissen wir das
gar nicht, z.B. der Klettverschluss oder der Stacheldraht.
Der Eisbär
Der Eisbär ist ein Säugetier und gehört zu der Untergruppe der
Großbären. Sie sind meist Einzelgänger oder leben nur in kleinen
Gruppen. Eisbären legen ca. 70 Kilometer pro Tag zurück.Sie leben
in der Arktis (Nordpol) und auf dem Packeis. Männchen wiegen
ungefähr 700 kg. Weibchen wiegen ungefähr 300 kg. Wenn sich ein
Eisbär auf die Hinterbeine stellt, ist er 3 m groß.Sein Fell ist
weiß und im Sommer etwas gelblicher. Es bietet Schutz vor der Kälte
und tarnt den Eisbären ideal. Die „weißen“ Haare haben in
Wirklichkeit keine Farbe. Sie sammeln das UV Licht und leiten
dieses zur schwarzen Haus vor, die die Wärme speichert. Unter
seinem Fell hat er eine 5-10 cm dicke Fettschicht, die ihn
ebenfalls gegen die Kälte schützt. Die Haare sind innen hohl.
Augen, Nase, Lippen und Krallen sind schwarz. Eine Besonderheit des
Eisbären ist seine Zunge, diese ist graublau und schützt ihn so vor
der Kälte. An der Unterseite seiner breiten Pfoten hat er kurze,
borstige Haare. So bekommt er nie kalte Füße. Der Eisbär kann seine
5 Krallen nicht einziehen. Auf dem Eis kann er sich mit den Krallen
gut festhalten.
Eisbären sind Allesfresser. Auf ihrer Speisekarte stehen:
Fische, Vogeleier, gestrandete Wale. Am liebsten verspeisen sie
aber Robben. Im Sommer fressen sie aber auch Gräser oder
Beeren.Eisbären sind kluge Jäger. Um Robben fangen zu können,
wendet er einen besonderen Trick an.Um sich nicht zu verraten,
deckt er die schwarze Nase mit seinen Pfoten ab. So können die
Robben den Eisbären nicht erkennen.Außerdem sind Eisbären sehr gute
Schwimmer. Beim Tauchen schließen sie die Nasenlöcher, aber die
Augen bleiben offen. Ein Eisbär kann 2 Minuten unter Wasser
bleiben.
Eine Bärin bekommt nur alle 4 Jahre Nachwuchs. Meistens sind es
Zwillinge. Vor der Geburt zieht sich die Bärin in eine Höhle
zurück. Bei der Geburt sind die Babys so groß wie ein
Meerschweinchen. Die Jungen werden 3 Monate gesäugt. Die Eisbärin
und ihre Jungen bleiben 3 Jahre beisammen.
Zu den Feinden der Eisbären zählten nur die Menschen, da sie die
Bären wegen ihres Felles jagten. So war der Eisbär bald vom
Aussterben bedroht, doch zum Glück steht er heute unter
Naturschutz. Nur mehr den Inuits ist es erlaubt sie zu jagen.
Wärmedämmung nach Eisbärenart
Das Eisbärenfell ist das natürliche Vorbild für moderne
transparente Wärmedämmstoffe.Eisbären schützen sich durch die
Kombination mehrerer Effekte erfolgreich vor der eisigen Kälte am
Nordpol. Selbst Temperaturen von minus 70 Grad Celsius bereiten
Eisbären keine Schwierigkeiten.
Funktionen des Eisbärenfells
Das weiße Fell des Eisbären erfüllt mehrere sinnvolle
Funktionen, die dem Eisbär das Leben unter den herrschenden
Bedingungen erleichtert. So dient die weiße Farbe des Fells der
Tarnung. Damit kann sich der bis zu drei Meter große Jäger
unbemerkt in der schneebedeckten Landschaft an seine Beute
heranschleichen oder ihr auflauern. Das dichte Fell dient daneben
zum Schutz gegen die Kälte. Die einzelnen Haare sind von einem
öligen wasserabweisenden Film umgeben. Deshalb macht dem Eisbären
auch ein kleines Bad im eiskalten Wasser nichts aus. Denn nach dem
Schwimmen schüttelt er sämtliche Wassertropfen einfach aus dem
Fell. So kann auch Schnee nicht im Fell gefrieren. Gleichzeitig
schließen die dicht stehenden Fellhaare Luft ein und erzeugen so
eine Isolierschicht. Hierdurch kann die Körperwärme nicht so leicht
entweichen. Dieser Effekt wird beim Eisbärenfell durch die starke
Kräuselung der einzelnen Haare verstärkt. Das dichte Haargeflecht
bildet ein Luftpolster um den Eisbärenkörper. Darüber hinaus
fungieren die Haare als Lichtleiter. Sie sind innen hohl und einer
technischen Glasfaser vergleichbar. Die Sonnenstrahlen werden durch
die Haarkanäle auf die schwarze Haut des Eisbären geleitet; die
Strahlung wird absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die Fettschicht
der Haut speichert diese Wärme zusätzlich zur Körperwärme.
Transparente Fassadendämmung - Solare Wandheizung
Das Eisbärenfell war der Ideengeber für die transparente
Wärmedämmung: Die wärmenden Sonnenstrahlen werden auf die Haut
geleitet. Die gefangene Wärme wird von dem Luftpolster im Fell
festgehalten. In der Technik verwendet man eine Schicht aus dünnen
Glasröhrchen, welche das Sonnenlicht auf die dunkel gestrichene
Hauswand leiten. Die dunkle Farbe absorbiert die Strahlen und gibt
die Wärme an die innen liegenden Räume ab.Im Sommer vermindert die
Dämmschicht den Wärmeeintrag von außen durch die
sonnenstandsabhängige Wirkung: Fällt das Licht mit kleinem
Einfallswinkel auf die Fassade, wird nur wenig reflektiert und es
liegt eine hohe Absorptionsrate vor. Bei hohem Lichteinfallswinkel
wird hingegen nur wenig Wärme in das Gebäude geleitet. Dadurch
erzielt man, dass die Räume im Winter effektiv aufgewärmt und im
Sommer entsprechen weniger stark aufgeheizt werden.
Wärmedämmende Textilien
Nach dem Prinzip der transparenten hohlen Haare hat man bereits
künstliche Fasern entwickelt, die zu einem Gewebe verarbeitet
werden können. Die Vliesstoffe werden zum Teil bereits in
Bettdecken, Anoraks und speziell für tiefe Temperaturen geeignete
Schlafsäcke verarbeitet.
Ein weiteres Einsatzgebiet für solche flexiblen Textilien sind
beispielsweise halbkugelförmige Sonnenkollektoren. Sie könnten die
klassischen transparenten Dämmmaterialien, die starr und schwer
sind, ablösen. Auch zur Isolation von zum Beispiel Warmwasserrohren
sind diese Textilien als Isolationsmaterial geeignet.
Biologisches VorbildTechnische Lösung
Experimente
· Weshalb hat der Eisbär wohl eine schwarze Haut?
Du brauchst:
· schwarze und weiße Eisbärenform (Alternative: Tücher)
· Taschenlampen
Durchführung:
1. Lege eine schwarze und eine weiße Eisbärform für einige
Minuten( ca. 5 min) unter eine Lampe. 2. Welche Form ist
wärmer?
· Der Wärmetresor
Du brauchst:
· jede Gruppe 2 schwarze Eisbärformen
· Luftpolsterfolie
· Lampe
· Uhr
· Klebefilm
Durchführung:
1. Lege eine der Formen auf die Luftpolsterfolie. Falte die
Folie zu einer Tasche die die Form umschließt. Klebe sie von oben
und den Seiten zu. Dabei soll die schmale Seite offen bleiben.2.
Lege die beiden Eisbärformen ca. 5 Minuten unter die Lampe.3. Halte
die Formen in der Hand und fühle die Temperatur an verschiedenen
Stellen.4. Wenn du die Wärme an der unbedeckten Form nicht mehr
fühlen kannst, dann nimm die zweite Form aus der Folientasche. Was
beobachtest du?
· Eisbären fühlen sich in eisiger Kälte pudelwohl. Hier kannst
du erfahren, warum:
Du brauchst:
· Styropor
· Metall oder Glas
Durchführung:
1. Lege eine Hand auf ein Stück Styropor.2. Die andere Hand
legst du auf Metall oder Glas.3. Welche Hand fühlt sich kälter
an?4. Warte einige Minuten. Wie fühlt sich nun deine Hand auf dem
Styropor an?
· Kann man Wärme einschließen?
Du brauchst:
· Schuhkarton
· Thermometer
· Stoppuhr
· Gefäße aus Glas, Ton, Plastik, Metall usw.
· Wolle, Watte, Papier, Kieselsteine, Erde usw.
· Wassergefäß 40°C Anmerkung: kleine Herdplatte eventuell
notwendig?!
Durchführung:
Die Kinder bekommen rund 40° C warmes Wasser (am besten aus
einer Thermoskanne). Ihnen stehen verschiedene Gefäße aus Glas,
Metall, Plastik und Ton zur Verfügung. Isolationsmaterialien sind
zum Beispiel Styropor, Steine, Watte und Papier. Die Gruppen suchen
sich aus, welche Materialien sie verwenden möchten. Wenn alle
fertig sind, wird die Zeit gestoppt. Nach zehn Minuten erfolgt der
Vergleich mit einem Thermometer. Welche Gruppe hat gewonnen? Warum?
Welche Materialien hat sie verwendet? Wichtige Erkenntnis: Luft ist
ein guter Wärmeisolator. Sie ist also ein schlechter
Wärmeleiter.
Quelle:
·
http://suite101.de/article/waermedaemmung-nach-eisbaerenart-a49197#axzz2GoiibBOs
· http://www.heise.de/tp/artikel/22/22417/1.html
·
http://www.frag-die-natur.uni-muenster.de/eisbaer/eisbaer.htm
·
http://www.berliner-zeitung.de/newsticker/modellversuch-in-friedrichshagen--neue-waermedaemmung-an-plattenbauten-wird-ausprobiert-ein-haus-mit--eisbaerenfell-,10917074,9736006.html
· http://www.kidsnet.at/sachunterricht/tiere/eisbaer.htm
·
http://www.lehrerweb.at/materials/gs/faecheruebergreifendes/baeren/eisbaer.pdf
Arbeitsblätter mit unterschiedlichen Öffnungsgraden
· Arbeitsblatt 1: Experiment: Kann man Wärme einschließen?
· Arbeitsblatt 2: Beobachtungsbogen mit Vorgaben: Experiment
Kann man Wärme einschließen?
· Arbeitsblatt 3: Beobachtungsbogen ohne Vorgaben: Experiment
Kann man Wärme einschließen?
· Arbeitsblatt 4: Experiment mit Anleitung: Der Wärmetresor
· Arbeitsblatt 5: Experiment ohne Anleitung: Der Wärmetresor
· Arbeitsblatt 5: Beobachtungsbogen mit Vorgaben: Der
Wärmetresor
· Arbeitsblatt 6: Beobachtungsbogen ohne Vorgaben: Der
Wärmetresor
· Arbeitsblatt 7: Experiment: Wenn es heiß wird in der
Arktis
· Arbeitsblatt 8: Beobachtungsbogen: Wenn es heiß wird in der
Arktis
Name: ________________________________
Du bist dran!
Um Wasser warm zu halten, stehen dir einige Gefäße und
Materialien zur Verfügung. Wer schafft es, das Wasser im Gefäß am
längsten warm zu halten?
Notiere, welche Materialien eure Gruppe verwendet hat und welche
Temperatur das Wasser nach einigen Minuten noch hatte.
Name:_____________________________
Wärme kann man einschließen?
Beobachtungsbogen – Kann man Wärme einschließen?
Besprich deine Überlegungen in der Gruppe!
Welches Material vermutest du hält das Gefäß am längstem warm?
Welche Materialien wirst du dafür verwenden?
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Beschreibe deinen Vorgang! Welches Material hast du als erstes
ausprobiert? Welche Materialien hast du verwendet?
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Mögliche Erklärungen Warum hält das eine Material das Gefäß
wärmer als die anderen?
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Name: _________________________________
Unter seinem dicken Fell ist der Eisbär schwarz – so wie seine
Nase.
Du bist dran!
Weshalb hat der Eisbär wohl eine schwarze Haut? Dieser Versuch
verrät es dir:
1. Lege eine schwarze und eine weiße Eisbärform fünf Minuten
unter eine Lampe oder in die Sonne. 2. Welche Form ist wärmer?
Der Wärmetresor
1. Lege eine der Formen auf die Luftpolsterfolie. Falte die
Folie zu einer Tasche die die Form umschließt. Klebe sie von oben
und den Seiten zu. Dabei soll die schmale Seite offen bleiben.2.
Lege die beiden Eisbärformen ca. 5 Minuten unter die Lampe.3. Halte
die Formen in der Hand und fühle die Temperatur an verschiedenen
Stellen.Form aus der Folientasche. Was beobachtest du?
Welche Form wird deiner Meinung nach wärmer sein? Begründe deine
Vermutung!
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Name: _________________________________
Unter seinem dicken Fell ist der Eisbär schwarz – so wie seine
Nase.
Du bist dran!
Weshalb hat der Eisbär wohl eine schwarze Haut?
Material: schwarze und weiße Eisbärform; Lampe
Der Wärmetresor
Material: Luftpolsterfolie, 2 schwarze Eisbärformen, Dixo
Welche Form wird deiner Meinung nach wärmer sein? Begründe deine
Vermutung!
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Eisbären haben eine schwarze Haut?
Beobachtungsbogen – Der Wärmetresor
Besprich deine Vermutungen in der Gruppe!
1. Versuch: Welche Form wird eurer Meinung nach wärmer sein?
Begründet eure Vermutung!
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2. Versuch: Welche Form wird eurer Meinung nach wärmer sein?
Begründet eure Vermutung!
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Was kannst du beobachten?
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Wie würdest du es dir erklären?
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Wenn es heiß wird in der Arktis
Eisbären kommen selbst in der Arktis schnell ins Schwitzen. Wenn
es ihnen zu warm wird, kühlen sie sich ab – in eiskaltem Wasser
Du bist dran!
Eisbären fühlen sich in eisiger Kälte pudelwohl. Hier kannst du
erfahren warum:
1. Lege eine Hand auf ein Stück Styropor.2. Die andere Hand
legst du auf Metall oder Glas.3. Welche Hand fühlt sich kälter
an?4. Warum?
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Wenn es heiß wird in der Arktis
Eisbären kommen selbst in der Arktis schnell ins Schwitzen. Wenn
es ihnen zu warm wird, kühlen sie sich ab – in eiskaltem Wasser
Du bist dran!
Eisbären fühlen sich in eisiger Kälte pudelwohl. Überlege
warum!
Material: 1 Stück Styropor, Metall oder Glas
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Eisbären schwitzen in der Arktis – wieso?
Beobachtungsbogen – Wenn es heiß wird in der Arktis
Was vermutest du, wird passieren? Vergleiche die beiden
Materialien, welche Unterschiede erkennst du?
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Mögliche Erklärungen
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