Stiftung PHÄNOMENTA Lüdenscheid

Münztrichter

Lfdn Nr 137Lass‘ eine Münze von der Startrampe rollen!

WORUM GEHT ES?
Ist die Münze – am besten mit glattem Rand – erst einmal von der Rampe gestartet, rollt sie auf ihrer Kante in immer kleiner werdenden Kreisen um das Trichterloch herum, bis sie schließlich ganz in ihm verschwindet. Die Bahnen sind anfangs elliptisch oder kreisförmig, auf jeden Fall spiralig und nach unten orientiert. Sie verändern ihre Geschwindigkeit, was man auch an der Änderung des Rollgeräusches merkt, und laufen auf immer kleineren Umlaufbahnen zum Schluss fast waagerecht liegend in den Trichter hinein. Ein faszinierendes Schauspiel, das man gerne wiederholen mag und womit man PHÄNOMENTA gleichzeitig eine kleine Spende zukommen lassen kann.

WESHALB IST DAS SO?
Auf die im Trichter rollende Münze wirken zwei Kräfte. Zum einen ist das die Gewichtskraft, die in Richtung Erdmittelpunkt wirkt. Und zum anderen die Fliehkraft, auch Zentrifugalkraft genannt, die bei einer Kreisbewegung nach außen gerichtet ist und mit der Geschwindigkeit und kleinerem Radius zunimmt. Sie ist zum Beispiel beim Autofahren spürbar. Das Auto fährt in eine Kurve. Aufgrund seiner Massenträgheit will der Passagier eigentlich weiter geradeaus fahren. Das Auto „zwingt“ ihn aber in die Kurve, je schneller das Auto und je enger die Kurve, um so kräftiger. Der Passagier fühlt dieses „Zwingen“ als Fliehkraft.

Bei der Münze addieren sich beide Kräfte zu einer resultierenden Kraft, die durch die Form des Trichters immer senkrecht zu seiner Oberfläche wirkt. Während die Münze ihre Bahnen dreht, verliert sie, bedingt durch Reibung zwischen ihr und dem Trichter, an Geschwindigkeit. Die Münze muss auf eine kleinere Bahn rutschen, um den Geschwindigkeitsverlust durch den kleiner werdenden Radius auszugleichen. Gäbe es keine Reibung, würde die Münze nicht an Geschwindigkeit verlieren und ewig um das Loch kreisen.

Vergleichbar ist das Geldstück mit dem Besucher eines Kettenkarussells. Auf ihn wirken auch die Gewichtskraft und die Fliehkraft. Letztere bewirkt das Aufsteigen des Menschen im Karussell. Dabei nimmt die Höhe solange zu, bis die Kette in Richtung der resultierenden Kraft, bestehend aus Gewichts- und Fliehkraft, zeigt.

Alltagsbezug
Man hatte früher bei Dampfmaschinen das Problem, dass ihre Drehzahl nicht konstant war. Bei der Erzeugung von Elektrizität oder bei den Förderkörben im Bergbau war eine konstant Drehzahl sehr wichtig. Durch die Erfindung des Fliehkraftreglers wurde dieses Problem gelöst. Ein Fliehkraftregler besteht aus zwei Stahlkugeln, je an einer Stange, die um eine senkrechte Achse kreisen, die von der Dampfmaschine angetrieben wird. Dreht diese schneller, kreisen die Kugeln weiter außen, wie Mitfahrer in einem Kettenkarussell. Dabei betätigen sie über ein mitlaufendes Gestänge ein Ventil, welches die Dampfzufuhr und damit die Drehzahl wieder verringert. Dadurch sinken sie wieder nach unten, was das Ventil wieder öffnet. Auf diese Weise stellt sich ein stabiles Gleichgewicht ein, so dass die Maschinen konstant laufen konnten. Dies war ein sehr großer Fortschritt in der Anwendung der Antriebstechnik.

Termine

13. Mai 2017
Informationsnachmittag für Lehrer/innen und Erzieher/innen
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24. Juni 2017
Informationsnachmittag für Lehrer/innen und Erzieher/innen
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