Kraft und Energie

Arbeit bedarf Kraft und Energie, um diese fortzuführen.

Balancierscheibe

Dass unser Gleichgewichtssinn durch Bewegungsmangel bei vielen schon weit zurückgebildet ist, erlebt, wer auf der Balancescheibe die Augen verschließt und dabei die Balance verliert.

Auf Balancierhölzern das Gleichgewicht zu halten, ist ein für das Organ förderliches Spiel und gleichzeitig eine Erholung für den ganzen Körper. Hier wird Ausgleich und Gleichgewicht mit sich selbst, mit anderen und mit der Umwelt gefördert.

Bauklötze

Ziel dieses Versuchs ist es, die vier Klötze so auf der oberen Platte aufzubauen, dass sie so weit wie möglich über die untere Platte ragen, ohne zu kippen.

Bei geschicktem Aufbau erreicht man, dass der oberste mit seiner äußersten Kante bis über den Rand des Kastens ragt.

Begehbarer Bogen

Kann ein Bogen aus Bauklötzen das Gewicht eines Menschen tragen? Aus einzelnen Bausteinen wird ein Brückenbogen lose zusammengesetzt, über den es möglich ist zu balancieren.

Drehimpuls-Karussell

Durch die Drehbewegung erlebt man den Bewegungsraum als einen Raum unsichtbar wirkender Kräfte am eigenen Körper. Wir unterliegen dem Gesetz der Erdanziehungskraft und richten uns mit deren Hilfe in der senkrechten Raumachse auf. Dabei wird die Bedeutung der aufrechten Haltung erlebbar. Wer sich hängen lässt, wird sich nur langsam um die eigene Achse drehen. Auch das Vermeiden von Schwindelgefühlen lässt sich auf dieser Rotationsscheibe erlernen. Entweder fixiert man in der Umgebung einen bestimmten Punkt an und blickt bei jeder Drehung einmal kurz darauf, oder man richtet seine ganze Aufmerksamkeit seiner Umwelt zu und behält so seine Orientierung nach außen.

Drehimpuls-Rad

Der Drehimpuls ist eine physikalische Erhaltungsgröße, die besagt, dass jeder rotierende Körper Drehimpuls speichert und wieder abgibt, sobald sich die Drehung verlangsamt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass man einem Körper zunächst Drehimpuls zuführen muss um ihn in Rotation zu versetzen. So auch bei diesem Exponat. Man führt dem Rad Drehimpuls zu, indem man es dreht. Hält man es beim Drehen senkrecht und lässt es dann los, dreht sich das Rad wider Erwarten im senkrechten Zustand weiter, wenn sich die Drehung verlangsamt und der Drehimpuls somit wieder abgegeben wird fällt das Rad in seine ursprüngliche waagerechte Position zurück.

Drehimpuls-Sitzkreisel

Kreisel sind uns aus unseren Kindheitstagen vertraut. Spielzeugkreisel sind meist um eine Achse rotationssymmetrisch aufgebaut. Die Physik geht beim Kreisel weit über das Spielzeug hinaus. Als Kreisel bezeichnen wir einen starren Körper, der sich um eine Achse durch den Schwerpunkt dreht. Beim momentfreien Kreisel, der sich um seine Figurenachse dreht, ist die Richtung der Figurenachse ortsfest im Raum. Kreisel sind "Drehimpulsspeicher".

Flaschenzug (liegend)

Schwere Lasten einfach ziehen!Ohne Flaschenzug ist es sehr schwer, ein Gewicht zu ziehen. Mit einem Flaschenzug ist es spürbar leichter. Hierbei gilt die goldene Regel der Mechanik: „Was an Kraft gespart wird, muss an Weg zugelegt werden“.  

Flaschenzug (stehend)

Ohne Flaschenzug ist es sehr schwer, das Gewicht anzuheben. Mit dem Flaschenzug ist es spürbar leichter, allerdings muss das Seil sehr viel weiter gezogen werden. Der Sandsack hängt an mehreren Seilabschnitten. Jeder davon trägt daher nur einen Teil des Gewichts.

Fünfzeitenpendel

Die Länge des Pendels bestimmt die Geschwindigkeit, in der das Pendel schwingt. Der Beobachter kann dabei verschiedene Formationen entdecken.

Es ist ein beschauliches und ästhetisches Phänomen, das sich hier zeigt.

Gleiche Zeiten Bahn

Ein Rennen mit unerwartetem Ausgang! Zwei Kugeln werden gleichzeitig entweder von derselben oder von verschiedenen Positionen gestartet. Auf den geraden Bahnen kommen die Kugeln, von der gleichen Position gestartet, gleichzeitig im Ziel an. Starten sie zeitgleich von unterschiedlicher Position, so rollen sie nacheinander ins Ziel. Die Kugeln auf der gekrümmten Bahn kommen, auch wenn sie von unterschiedlichen Positionen zeitgleich gestartet werden, dagegen immer gleichzeitig ins Ziel.

Gravitationstrichter

Durch eine kleine Rampe am Rande des Trichters wird eine Münze auf eine hinreichend schnelle Umlaufbahn gebracht. Münzen oder Kugeln bewegen sich in diesem Trichter ähnlich, wie Planeten und Kometen auf der Bahn um die Sonne kreisen. Je nach Startrichtung und Anfangsgeschwindigkeit ergeben sich kreisförmige oder elliptische Bahnen mit wechselnden Geschwindigkeiten. Am Ende kreisen die Münzen sehr schnell in fast horizontaler Lage, bevor sie dann im Zentrum in einen Behälter fallen. Das attraktive Äußere und die wechselnden Bahnkurven und Geschwindigkeiten der Münzen sind für die Besucher äußerst anziehend.

Großes Klick-Klack

Das bekannte Schreibtischexperiment wird durch große Stahlkugeln zu einem beeindruckenden und ästhetisch ansprechenden Blickfang. Das unmittelbare Experimentieren materialisiert gewissermaßen den Satz von der Erhaltung des Impulses. Das gleichmäßige "Klick-Klack" bildet ein angenehmes Hintergrundgeräusch. Früher ging man davon aus, dass sich die Bewegung allmählich verbraucht. Erst Galilei erkannte vor etwa 400 Jahren, dass – wenn man die Reibung ausschalten könnte – die Bewegung für alle Zeit gleich bleiben würde. Newton gab der Bewegungsgröße den Namen Impuls.

Hydrohocker

Zwei oder drei hydraulisch gekoppelte Hocker sind vertikal beweglich. Unterschiedliche Kolbendurchmesser bewirken, dass auch leichtere Personen schwerere Personen hochdrücken können. Vielleicht lässt sich auch durch geeignete Platzwahl ein Gleichgewicht herstellen?

Kugelauflaufbahn

Zwei oder drei hydraulisch gekoppelte Hocker sind vertikal beweglich. Unterschiedliche Kolbendurchmesser bewirken, dass auch leichtere Personen schwerere Personen hochdrücken können. Vielleicht lässt sich auch durch geeignete Platzwahl ein Gleichgewicht herstellen?

Kugelballett

Die Schwingungszeit eines Pendels wird durch die Pendellänge bestimmt. Braucht ein Pendel für eine Schwingung beispielsweise zwei Sekunden, ein zweites dagegen drei Sekunden, so schwingen sie - wenn sie gleichzeitig gestartet wurden - nach sechs Sekunden für einen kurzen Moment wieder gleich. Hier sind die Längen so abgestimmt, dass sich zeitweise - bei Beobachtung der Kette als Ganzes - eine sehr regelmäßige Wellenbewegung beobachten lässt. Nach einer gewissen Zeit ist dann der Ausgangszustand wieder erreicht.

Pendeltisch

Die Platte führt Schwingungen nach vorn und hinten sowie nach links und rechts aus. Außerdem kann eine Drehschwingung angeregt werden. Die Bewegungen der Schwingungen überlagern sich. Da die Schwingungszeiten aufeinander abgestimmt sind, entstehen (fast) geschlossene Kurven. Es sind so genannte Lissajous-Figuren – benannt nach dem französischen Physiker Jules Antoine Lissajous, 1822-1880. Durch die natürlich auftretende Dämpfung ändert sich die Bewegung mit der Zeit, so dass insgesamt ästhetisch ansprechende Muster entstehen.

Resonanzpendel

In einem großen, massiven Metallgestell hängt an einem Stahlseil als Pendel eine schwere Eisentonne. Am Außengeländer sind kleine Magnete jeweils an einer Schnur befestigt. Der Besucher versucht, die Magnete auf die Tonne zu werfen und durch leichtes Ziehen an der Schnur das Pendel in Schwingung zu versetzen. Dabei kann nur mit einer kleinen Kraft gezogen werden, da sich sonst der Magnet wieder löst. Das Ziehen führt nur zu einer weiteren Bewegung des Pendels, wenn der Zug im richtigen Moment, im Resonanzfall, ausgeführt wird. Als Resonanz werden in der Physik Vorgänge bezeichnet, bei denen ein schwingungsfähiges System mit seiner Eigenfrequenz durch Energiezufuhr angeregt wird.

Rollenrennen

Drei runde Rollkörper mit gleicher Masse rollen um die Wette: Ein massiver Zylinder, ein hohler Zylinder und zwei Scheiben, die durch eine Achse miteinander verbunden sind. Wer wird gewinnen?

Sprungwaage

Beim Absprung und besonders beim Auftreffen wird deutlich, wie stark Muskeln und Sehnen belastet werden - aber auch, wie durch geschicktes Verhalten eine geringere Belastung möglich ist. Auf einer großen Wiegefläche wird zu einem Sprung animiert („Wie lange kannst du in der Luft bleiben?“). Dabei wird der Kraftverlauf graphisch dargestellt, der zunächst vom Gewicht ausgehend größere Kräfte anzeigt. Insbesondere der Kraftverlauf beim „Landen“ kann in weiten Grenzen beeinflusst werden. Er korrespondiert auch mit der eigenen, unmittelbaren Wahrnehmung.

Trotz Umweg zuerst da

Drei Bälle werden zeitgleich gestartet, um auf verschieden ausgeführten Bahnen das Ziel zu erreichen. Durch die vorgegebenen Bahnformen erreichen die Bälle allerdings nicht gleichzeitig den Auffangbehälter. Dadurch, dass die Kugel auf der Bahn, welche kurz nach dem Start steil absinkt und erst spät wieder ansteigt, die höchste Durchschnitts-geschwindigkeit hat, erreicht sie trotz des längeren Weges als erste das Ziel.

Urmotor V 310

Der Besucher soll durch wechselseitiges Anschließen des Schlauchs an das Kolbengehäuse den Kolben zu einer gleichmäßigen Hin- und Herbewegung anregen. Dabei muss er beachten, dass er vor den jeweiligen Todpunkten die Anschlussseite wechselt. Je besser er dies beherrscht, desto schneller läuft der Kolben bzw. dreht sich die Scheibe. Der Schlauchaufsatz erfolgt auch für kleine Kinder unproblematisch und einfach z.B. per konischem oder anders geeignetem Schlauchanschluss, der auf den entsprechenden Anschluss gesteckt und leicht abgezogen werden kann, ohne dabei zu verhaken oder fest zu klemmen.

Wettlauf

Nicht immer führt der kürzeste Weg zuerst zum Ziel! Am Ziel haben die Kugeln bei allen vier Bahnen zwar die gleiche Geschwindigkeit, aber die Zeit, die die Kugeln zum Durchlaufen der Bahn benötigen, ist unterschiedlich. Diese wird von der Durchschnittsgeschwindigkeit bestimmt. Da bei der am Anfang steilen Bahn die Beschleunigung höher ist, wird eine größere Durchschnittsgeschwindigkeit erzielt und die Kugel erreicht trotz des längeren Weges als Erste das Ziel. Die optimale Bahnform ist die der „Brachistochronen".