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Rutschsimulator

Eine rutschige Angelegenheit

Mit dem Schlitten geht es blitzschnell den schneebedeckten Hang hinunter! Vor allem bei angefrorener Schneeschicht ist Rodeln ein rasantes Vergnügen. Ist der Schnee hingegen schon angetaut und weich, bleibt der Fahrspaß auf der Strecke. Warum ist das so? Und welche Rolle spielt die Steigung für das Hinuntergleiten? Antwort bietet der Rutschsimulator! Hier lässt sich das Rutschverhalten unterschiedlicher Materialien auf verschiedenen Oberflächen und Steigungen ausprobieren.

Rutschsimulator starten

Eine der vielen Versuchskonstellationen des Rutschsimulators: Ein Schlitten auf einer Eisfläche mit einer voreingestellten Neigung von 30 Grad. Der Schlitten beschleunigt auf 4,89 Meter pro Sekunde und erreicht umgerechnet eine Geschwindigkeit von 43,3 Stundenkilometern.

Spannende Experimente mit dem Rutschsimulator - Versuchsanleitung

Detailaufnahme des Rutschsimulators: Einstellen der Gegenstände

1. Schritt: Auswählen

Zunächst muss ein Objekt, das zum Rutschen gebracht werden soll, mit Hilfe der Pfeilbuttons ausgewählt werden. Die Piktogramme symbolisieren dabei folgende Gegenstände bzw. Materialien: Autoreifen, Schlittschuhkufen, Gecko, Bagger und Teflon.

Außerdem muss man sich für eine Oberfläche (Holz, Eis, Teflon, Stahl, Asphalt, Gummi) entscheiden.



Detailaufnahme des Rutschsimulators: Startschalter

2. Schritt: Versuch starten

Zum Starten des Experiments muss der grüne Button über dem kreisförmigen Versuchsfenster gedrückt werden.

Bei einigen Materialkombinationen (beispielsweise Gummi auf Asphalt) kann man noch zusätzlich einen Wasser- oder Ölfilm aufbringen. Hierzu einfach das Wellen- bzw. Tropfen-Piktogramm anklicken.




Detailaufnahme des Rutschsimulators: Bestimmung des Neigungswinkel

3. Schritt: Option wählen

Damit der Gegenstand ins Rutschen geraten kann, muss man nun noch den Neigungswinkel der Fläche einstellen. Hierzu stehen zwei Optionen zur Wahl. Zu einem lässt sich die Neigung schrittweise erhöhen, zum anderen kann ein fester Wert voreingestellt werden.



Detailaufnahme des Rutschsimulators: ein rutschendes Auto

Ein Auto mit angezogener Handbremse auf einer Wasserfläche: Bei welchem Neigungswinkel beginnt die Rutschpartie?

Bewegung und Reibung

Jeder Körper verharrt erst einmal in der Bewegung, in der er sich befindet. Ein unbewegter Körper verharrt also in Ruhe. Deshalb wird in der Physik von der Massenträgheit gesprochen. Um einen Körper in Bewegung zu versetzen, muss man eine Kraft aufwenden. Je schwerer ein Körper ist, desto mehr Kraft ist dazu notwendig.

Zwar sollte sich ein einmal in Bewegung gebrachter Körper eigentlich mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegen, das sagt die Theorie, doch in Wirklichkeit macht uns die Natur einen Strich durch die Rechnung. Wenn sich ein Körper über eine Oberfläche bewegt oder durch die Luft fliegt, so tritt Reibung auf. Sie ist der Bewegungsrichtung entgegengesetzt und bremst ständig. Um einen Gegenstand in Bewegung zu halten, ist dauerhafte Energiezufuhr notwendig.

Die Reibung ist ein erstaunliches Phänomen. Sie ist nur spürbar und tritt nur dann auf, wenn auf einen Körper eine Kraft ausgeübt wird oder wenn er in Bewegung ist. Dann wirkt die Reibung der Kraft bzw. der Bewegung entgegen.

Detailaufnahme des Rutschsimulators: Messergebnisse

Die Messergebnisse eines Versuches im Überblick: In dem Fenster rechts neben der Versuchsebene bekommt man die genauen Zahlenwerte ausgegeben, wie hier zum Beispiel die Messwerte eines Bobs auf einer Eisfläche mit einem Neigungswinkel von 45°.

Gleitreibung

Ist ein Körper erst mal in Bewegung, so muss weniger Kraft als vorher aufgewendet werden, um ihn mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen. Nur die sogenannte Gleitreibung ist noch zu überwinden. Diese ist der Geschwindigkeitsrichtung entgegen gerichtet und immer kleiner als die maximale Haftreibung.

Die Gleitreibung ist von der Berührungsfläche unabhängig. Außerdem hängt sie überraschenderweise meistens auch nicht von der Geschwindigkeit ab, mit der sich der Körper bewegt.

Die schiefe Ebene

Dass die maximale Haftreibung immer größer ist als die Gleitreibung, lässt sich einfach auf einer schiefen Ebene ausprobieren. Man braucht dazu nur ein Brett und einen beliebigen Gegenstand - z.B. ein Glas. Zunächst legt man das Brett flach auf den Boden und stellt den Körper auf das Brett. Wenn man das Brett nun neigt, so beginnt das Glas bei einem bestimmten Neigungswinkel damit, an dem Brett hinunterzugleiten. Das ist die Wirkung der Schwerkraft.

Hat das Gleiten begonnen, kann man das Brett vorsichtig etwas weniger neigen, und das Rutschen geht trotzdem weiter. Ein kleinerer Neigungswinkel bedeutet aber, dass die Wirkung der Schwerkraft auf die Bewegung des Körpers kleiner ist als vorher. Diese muss nun nur noch groß genug sein, um der kleineren Gleitreibungskraft die Waage halten zu können. Wann die Haftreibung überwunden wird, hängt stark vom Material ab.

Preisgekrönte Projekte
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