Kurzbeschreibung
Warum fliegt ein Flugzeug? Die Schüler*innen lernen die Grundprinzipien der Fluidströmung kennen und entdecken den Bernoulli-Effekt . Luftwiderstand und dynamische Auftriebskraft werden beobachtet und diskutiert. Höhepunkt ist die Arbeit an einem Windkanal im Labormaßstab, wobei an Flügelprofilen die Funktionsweise eines Flugzeugflügels gezeigt wird. Die Schüler*innen erhalten so einen Einblick in die Funktionsweise und Entwicklung von Flugzeugen. So kann eine Verknüpfung von Modellen mit der Realität hergestellt werden. Die Schüler*innen arbeiten in Kleingruppen und lernen dabei auch ein computergestütztes Messerfassungssystem kennen. Sie führen selbständig Messungen sowie deren Auswertung durch.
Zielgruppe
Physik und NWT
geeignet für
Klasse 9 bis 13
Max. 20 Schüler*innen
in 3er- oder 4er-Gruppen
Dauer
4 Stunden mit Pause
Laborführung optional
Anmeldung
Nutzen Sie dazu unser Kontaktformular.
Stationen und Lernziele
Die Versuchsreihe besteht aus folgenden Experimenten:
Windkanal - Mithilfe eines Windkanals kann der Auftrieb in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und des Anstellwinkels untersucht werden.
Anwendung Windkanal - Die zuvor aufgenommenen Messergebnisse sollen nun ausgewertet und diskutiert werden.
Luftwiderstand - Mithilfe einer Luftwiderstandvergleichswaage wird der Luftwiderstand verschiedener Objekte untersucht.
Strömungen - Der Unterschied zwischen laminarer und turbulenter Strömung kann mit einem Strömungskanal gezeigt werden.
Bernoulli-Effekt - Die Arbeit mit dem Venturirohr bietet Einblicke wie Strömungsquerschnitt und -geschwindigkeit zusammenwirken.
Die Schüler*innen können erklären, welche Methoden es zur Untersuchung von Strömungen gibt. Sie können weiterhin die Erkenntnisse auf Flugzeugprofile anwenden und damit auf Kräfte an Flügeln zurückschließen. Die zugrundeliegenden Formeln sollen hergeleitet und verstanden werden. Dazu wird zum Beispiel der Bernoulli-Effekt qualitativ verstanden.
Vorwissen
Die physikalischen Begriffe Druck und Kraft sind bekannt. Die Bernoulli-Gleichung sollte nicht komplett unbekannt sein. Der mathematische Umgang mit physikalischen Formeln ist bekannt.
Anknüpfung an den aktuellen Bildungsplan
Die Reihe vermittelt prozessbezogene Kompetenzen durch das Verbalisieren und Dokumentieren der Ergebnisse in Fachsprache in der fachtypischen Darstellung. Die naturwissenschaftliche Arbeitsweise wird durch das Beschreiben von Phänomenen sowie Aufstellen und Überprüfen von Hypothesen vermittelt und die digitale Erfassung der Messdaten wird erlernt. Der starke Technik- und Anwendungsbezug der Reihe hilft bei der beruflichen Orientierung der Schüler*innen.
Der Windkanal
Der Luftwiderstand und der Auftrieb verschiedener Körper können mit der Flügelwaage bestimmt werden.
Die strömende Tinte
Mit einfacher Tinte wird das Strömungsverhalten entlang eines Flügels nachempfunden.
Der Stömungskanal
Hier kann der Unterschied zwischen turbulenter und laminarer Strömung beobachtet werden. Die Strömung an einem Flügelprofil wird betrachtet.