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Uni für Kids, warum fliegt ein Flugzeug?

Kann man eine Kerze hinter einer Flasche ausblasen? Und was hat das damit zu tun, dass das grösste Passagierflugzeug der Welt, mit einem Gewicht von bis zu 560 Tonnen, abheben und fliegen kann? Die neugierigen Teilnehmerinnen und Teilnehmer der «Uni für alle – Kids»-Veranstaltung wollen das herausfinden. Und wer weiss, vielleicht wird ja dabei eine zukünftige technische Fachkraft «geboren».

Text: Prof. Dr. Ulrich Hauser-Ehninger / Bild: Yvonne Bollhalder / Film: Yvonne Bollhalder

Einer der kleineren Kursteilnehmer schafft es, eine Kerze hinter einer Flasche auszublasen. Mit diesem Experiment wird gezeigt, wie die Luft förmlich an einem Gegenstand, um den sie herumgepustet wird, «klebt». Die Strömung spaltet sich vor der Flasche auf, läuft auf beiden Seiten der Flasche herum und bildet hinter der Flasche wieder einen kräftigen Luftstrom, der die Kerze auch mit gemässigtem Pusten zum Erlöschen bringt. Dieses «Kleben» wird als «Coanda-Effekt» bezeichnet und kann so von den Kindern direkt erfahren werden. Auch ein auf einem Fön tanzender Tischtennisball sorgt für Aha-Effekte. Selbst im schräg gestellten Luftstrahl bleibt der Ball in der Luftströmung hängen. Aber man sieht an der Drehung, dass die Luft oben viel schneller um ihn herumzischt als unten. Was passiert nun, wenn man über ein leichtes Stück Styropor hinweg föhnt? Entgegen der Erwartung wird es nicht weggepustet, sondern in den Luftstrahl hineingezogen. Auch zwei Streifen Papier, zwischen denen man hindurchpustet, scheinen aneinander zu kleben.

Die Neugier ist geweckt

So nähern sich die Kinder, die an diesem Nachmittag an der Veranstaltung «Uni für alle – Kids» teilnehmen, schrittweise der Vorstellung an, dass schnelle Luft Gegenstände anzuziehen vermag. Kurze Erklärungen an der Tafel mit Linien, die die bewegte Luft – die Strömungslinien – um Gegenstände herum nachbilden, zeigen die Gemeinsamkeiten auf und geben das Geheimnis preis: Der Druck in schnell bewegter Luft ist geringer als der Druck in langsam bewegter Luft.

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Trotzdem: Warum fliegt ein Flugzeug? Die einführenden Experimente haben die Jungforscherinnen und -forscher neugierig gemacht. Deshalb wird der Querschnitt durch den Flügel eines Modellflugzeugs betrachtet. Glücklicherweise kann man den teilen, so dass das Profil sichtbar wird: unten ist es fast flach, oben aber gewölbt. Will die Luft oben an der Tragfläche gleichzeitig am Ende des Profils ankommen wie die Luft, die den kurzen Weg unten herum strömt, muss sie schneller sein, weil sie einen Umweg macht. Schneller aber heisst auch: geringerer Druck auf der Oberseite als auf der Unterseite. Deshalb wird die Tragfläche nach oben gesogen. Das nennt sich Auftrieb und sorgt dafür, dass das Flugzeug fliegen kann. Es sind also die gleichen Wirkungen, die zwei leichte Papierstreifen im Luftstrom zusammenziehen und ein grösseres Flugzeug zum Abheben und Fliegen bringen. Nicht nur das Modellflugzeug, sondern eben auch das grösste, den Airbus A380.

Und jetzt: selber ausprobieren

Jetzt reicht es aber mit der Theorie. Kursleiter Prof. Dr. Ulrich Hauser-Ehninger zückt ein Gebilde aus dünnem Styropor und lässt es langsam durch das Zimmer gleiten. Der Flieger ist so leicht, dass er fast durch die Luft zu schweben scheint. Einen solchen Gleiter bauen jetzt alle. Die leichtgewichtigen Flugobjekte werden geschnitten, gefalzt und ausgetrimmt.

Was man selbst baut, will man auch selbst zum Fliegen bringen. Nun zügelt die ganze Truppe in die Aula der Bündner Fachhochschule. Genug Platz muss sein, wenn 20 Flieger ausprobiert, geändert, wieder ausprobiert und geändert werden, bis sie sich in der Luft angemessen wohl fühlen.

Ein solches Fliegerchen wiegt flugfertig 0,2 g und gleitet so langsam durch die Luft, dass man bequem hinterhergehen kann. Was passiert, wenn man unter dem Flieger eine grosse Kartonplatte mitschiebt? Vor dieser Platte staut sich die Luft. Hält man die Platte leicht nach hinten geneigt, so wird die gestaute Luft nach oben abgelenkt und bildet einen schwachen, aufwärts gerichteten Luftstrom, eine Art Luftwelle, auf der das Styropormodell reiten kann. Alle Kinder versuchen mit Feuereifer, ob sie das auch hinbekommen. Mit der Zeit gelingt es immer besser und sie entdecken, wie man auch die Richtung beeinflussen kann: Nähert man den Karton rechts dem Flugzeug durch Schrägstellen an, so verstärkt sich da der Aufwind, das Flugzeugt hebt die rechte Tragfläche und beginnt nach links zu drehen. Das Gleiche funktioniert auch umgekehrt für die Rechtskurve. So können die Kinder diesen «Walk-along-Glider» immer virtuoser steuern. Es macht auch unheimlich Spass, wenn man beim eigenen Flugzeug genug Höhenreserve hat, um den Karton wegzunehmen und durch heftiges Wedeln ein anderes Flugzeug ins Taumeln, vielleicht sogar zum Absturz zu bringen. Nur darf man sein eigenes Flugobjekt nicht aus den Augen verlieren, sonst ist es zu spät zur Aufrechterhaltung der Flughöhe. Es besteht auch die Gefahr, dass jemand anderes den Luftkampf zu einem Rachefeldzug nutzt.

Stunden vergehen im Flug

So herrscht eine fröhliche und lehrreiche Geschäftigkeit und die zwei Stunden vergehen «im Flug». Jedes Kind kann eine Trophäe und jede Menge neues Wissen mit nach Hause nehmen. Vielleicht hat ja das eine oder andere Kind heute die Faszination der Technik für sich entdeckt und wächst zur begehrten Fachkraft heran? So oder so, es macht Freude, auch im Rahmen der «Uni für alle – Kids» Fachwissen zu teilen.

  • Weitere fotografische Eindrücke dieser «Uni für alle – Kids»-Veranstaltung stehen in der Bildergalerie zur Verfügung.

ULRICH HAUSER-EHNINGER
Professor für Embedded Systems, Institut für Photonics und ICT (IPI)

 

Dies ist ein Beitrag des Magazins Wissensplatz der HTW Chur.

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