3B Scientific Air Cushion Plate - Handbuch (Seite 5)

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Physikalische Experimente auf dem Luftkissentisch
Vorwort
Luftkissen werden dadurch erzeugt und aufrecht-
erhalten, daß aus Düsen in einem der
gegeneinander bewegten Körper ständig Luft
austritt. Dadurch berühren sich die beiden Kör-
per nicht. Als „Schmiermittel” befindet sich zwi-
schen ihnen ein dünnes Gaspolster, ähnlich dem
oft verwendeten Ölfilm. Infolge der viel kleine-
ren Viskosität der Luft sinkt die Reibung auf ver-
nachlässigbar kleine Beträge ab.
Die Nutzung des Luftkissens ermöglicht es, vie-
le Experimente in einer wesentlich besseren Qua-
lität durchzuführen.
Eine größere Anzahl von Experimenten wird je-
doch prinzipiell erst durchführbar, wenn man sich
des Luftkissens bedient.
Der Nachteil herkömmlicher flächenförmiger
Luftkissenanordnungen besteht in der begrenz-
ten Sichtbarkeit. Um den Bewegungsablauf in
zwei Dimensionen verfolgen zu können, muß man
nahe an die Anordnung herantreten. Außerdem
sind solche Geräte wegen des großen Stabilisie-
rungs- und Justieraufwandes sehr unhandlich.
Neue Möglichkeiten ergeben sich durch den Ein-
satz der Projektion. Sie gestattet gleichzeitig eine
zweckmäßige Verkleinerung aller Teile der Ex-
perimentieranordnung und eine wesentliche Ver-
besserung der Sichtbarkeit.
Schließlich erwiesen sich mechanische Stöße als
zu wenig wirksam. Da hierbei nur ein Teil der
Energie übertragen wird, hätten zusätzliche Maß-
nahmen ergriffen werden müssen, um die Ver-
luste an kinetischer Energie auszugleichen. Die
Verwendung der Kräfte zwischen keramischen
Magneten ermöglicht es, weitgehend vollelasti-
sche Stöße zu realisieren. Die Tatsache, daß dabei
eine unmittelbare Berührung der Stoßpartner aus-
bleibt, ist in den meisten Fällen kein Nachteil.
Auf diese Weise werden z.B. die Kraftverhält-
nisse im mikrophysikalischen Bereich sehr gut
modellmäßig nachgebildet.
Gaskissenprinzip, Einsatz der Projektion und
Verwendung magnetischer Kräfte machen den
Luftkissentisch zu einem hochwertigen Unter-
richtsmittel, das sich durch einfache Bedienung,
hohe Zuverlässigkeit/ universelle Einsatzmög-
lichkeiten und große methodische Vorzüge aus-
zeichnet. Einige der Experimente sind mit den z.
z. bekannten Methoden prinzipiell nicht besser
durchführbar.
Den Haupteinsatz findet der Luftkissentisch bei Modellexperimenten zu mikrophysikalischen
Vorgängen. Durch die modellmäßig-anschauliche
und sehr gut sichtbare Demonstration stellt er eine
Art „Fenster zum Mikrokosmos” dar. Dabei müs-
sen jedoch die Mängel und Grenzen der Model-
lierung beachtet werden. Neben der starken Ver-
einfachung und der rein mechanischen Darstel-
lung bestimmen in vielen Fällen andersartige
Kräfte den Bewegungsablauf der realen Objek-
te. Weiterhin laufen alle Vorgänge in einer Ebe-
ne ab. Das Modell enthält schließlich zusätzli-
che Verfälschungen, die z.B. in der Form und
der Farbe der Schwebekörper ihren Niederschlag
finden.
Infolge des relativ großen Luftdurchsatzes und
der kleinen Schwebekörper treten zusätzliche
Antriebsmechanismen auf. Sie bewirken, daß die
kleinen Schwebekörper nie zur Ruhe kommen,
solange der Luftstrom anhält. Daraus resultiert
der große didaktische Vorteil, daß viele Prozesse
beliebig lange beobachtet werden können, ohne
daß ein Eingriff von außen erforderlich ist.
Andererseits bedingt die begrenzte Kraftwirkung
zwischen Schwebekörpern und zwischen ihnen
und den magnetischen Barrieren eine bestimmte
Höchstgeschwindigkeit, die sich bei sehr schnel-
len Schwebekörpern bereits nach einem Stoß
weitgehend gestellt hat.
Diese Mechanismen tragen in den meisten Fäl-
len dazu bei, daß sich ein optimaler, gut beob-
achtbarer Bewegungsablauf von selbst einstellt.
Der Antriebsmechanismus vergrößert die Ge-
schwindigkeit, die nicht voll elastischen Stöße
begrenzen sie.
Beide Mechanismen können sich jedoch auch
nachteilig auswirken, indem sie die interessieren-
den Bewegungsabläufe verfälschen. Erst die
Kenntnis dieser Prozesse und ihre bewußte Nut-
zung bzw. Berücksichtigung durch den Experi-
mentator ermöglicht die volle Ausschöpfung der
großen Potenzen dieses wertvollen Unterrichts-
mittels.
Im folgenden werden zunächst der Aufbau und
die Einsatzmöglichkeiten des Luftkissentisches
beschrieben. Danach erfolgt eine Anleitung für
die Durchführung wichtiger Experimente.
Die Bilder sollen die Arbeit erleichtern. Sie
sind jeweils aus der Blickrichtung aufgenom-
men, aus der der Lehrer den experimentellen
Aufbau auf dem Luftkissentisch sieht.