Arbeitsblatt: Aerodynamik - Der Windkanal

ÜBERSICHT ARBEITSBLATT 1 – SPORTWAGEN GEGEN LASTWAGEN INHALT AUFGABE 1 In der heutigen Doppellektion werden wir uns mit Aerodynamik befassen. Vielleicht kennst du diesen Begriff bereits, er wird in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft gebraucht. Sei es im Flugzeugbau, im Fahrzeugbau aber auch im Sport oder in der Biologie. Unser Windkanal ist fertig. Wir wollen als erstes die beiden Fahrzeuge im Windkanal nacheinander vergleichen. Beschreibe mir in zwei, drei Sätzen, was passieren wird, was du als Resultat im ersten Versuch erwartest und begründe deine Antwort? LERNZIELE Abbildung 1, Mercedes Benz Passion • Du kennst eine Methode, den Strömungswiderstand zu messen. • • Du kennst zwei Faktoren, die den Strömungswiderstand von Fahrzeugen beeinflussen. Du weisst, warum die Industrie versucht den Strömungswiderstand von Transportmittel zu reduzieren. • • Du kannst die Strömung der Luft um ein Fahrzeug darstellen und kennst dessen Bedeutung. Du kennst eine perfekte aerodynamische Form und kannst diese in einem eigenen Projekt adaptieren. VERSUCHSAUFBAU Kartonelemente: Für unseren Windkanal brauchst du als erstes folgende Kartonformen: • • Ein Quadrat: 4 cm 4 cm Eine runde Scheibe mit der gleichen Grundfläche wie das Quadrat: !! - r 16/! (Lösung beim Lehrerpult) • Eine halbierte Kartonröhre (Toilettenpapierrolle) mit einer Schattenfläche von 4 cm 4 cm • Nun brauchen wir noch eine Befestigung für unsere Kartons, benütze dazu Zahnstocher und klebe diese mit Klebstreifen auf die Karton wie im Bild rechts. Schalte nun den Föhn an und bewege diesen langsam näher an die Autos heran. Wann beginnen sich diese zu bewegen? Sportwagen: cm Lastwagen cm Wurde deine Erwartung bestätigt oder nicht? Falls nicht, besprich das Resultat mit deinem Nachbarn. AUFGABE 2 Nun testen wir die verschiedenen Karton Schilder aus. Dazu brauchen wir nur noch den Lastwagen. Um einen genauen Wert zu erhalten, werden wir jeden Windkanaltest 3 mal durchführen und den Mittelwert für unsere Auswertung benutzen. Erinnere Dich, alle Schilder haben die gleiche Schattenfläche von 16cm2 Schild Gemessene Distanz in cm Versuch 1 Wir kommen zum eigentlichen Windkanal. • Benütze dazu ein Halbkarton und befestige diesen mit Klebeband auf dem Tisch. Zur Stabilisation kannst du auf der Seite zusätzlich auch je ein Etui anlegen. • Als Windturbine nehmen wir ein Fön, lege diesen auf ein Tuch, nimm aber dazwischen noch ein wenig Alupapier. Wir wollen ja nicht, dass etwas anfängt zu brennen. • Zwischen dem Föhn und dem Windkanal legst sollte am Anfang ein Abstand von einem Meter liegen. Miss dies mit einem Meter, den kannst du auch gleich liegen lassen, den brauchen wir nun für unseren Versuch. Versuch 2 Versuch 3 Mittelwert Rangliste Quadrat Kreis Halbbogen nach innen Halbbogen nach aussen BEZUG ZUM ALLTAG ARBEITSBLATT 2 – WIR ZEIGEN DIE LUFTSTRÖMUNG Warum versucht man Autos mit immer weniger Strömungswiderstand zu konstruieren? Warum wurde die Aerodynamik im Fahrzeugbau in den letzten Jahren immer wichtiger? Diskutiere dies in deinem Team und schreibt eure Ansichten mit ein paar Sätzen nieder? AUFGABE 3 Wir haben gesehen, das verschiede Formen unterschiedliche Auswirkungen auf den Strömungswiderstand von Fahrzeugen haben. Wir möchten nun die Windströme entlang den Modelfahrzeugen sichtbar machen. Dazu befestigen wir mehrere Garnfäden, die ein wenig länger sind als die Modellfahrzeuge, an einem grossen Spiess. Diesen setzten wir vor das Modellfahrzeug und befestigen ihn mit Plastilin oder Klebeband am Boden. Befestige das Fahrzeug ebenfalls mit Plastilin oder Klebeband, sodass es nicht mehr wegfahren kann. Schalte den Föhn an und beobachte die Garnfäden. Zeichne die beiden Versuche ab, benutze für die Fäden eine andere Farbe als für die Fahrzeuge. Welche Unterschiede zwischen den beiden Fahrzeugen konntest du in Bezug zu den Fäden feststellen? INFOS Tropfenförmige Gegenstände zeigen den kleinsten Widerstand in einer Strömung. Sobald ein Gegenstand von der perfekten Stromlinienform abweicht, entstehen dahinter Wirbel. Sie bewirken einen Strömungswiderstand, der gegen die Bewegungsrichtung wirkt. So wie das Kehrwasser hinter einem eckigen Stein in einem Fluss.3 3 Technik be-greifen