Luftkissenbahn

Von Sebastian Reinert, PTB Braunschweig

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Gemeinschaftlich wird der Versuch vorbereitet

Heute haben wir uns mit der Luftkissenbahn beschäftigt. Zuerst kommt vor dem Experimentieren wie immer die Theorie:

Mithilfe der Luftkissenbahn kann man Geschwindigkeit und Beschleunigung bestimmen. Dies geschieht mithilfe eines Schlittens, der auf der Luftkissenbahn „schwebt“. Durch viele kleine Öffnungen in der Bahn strömt eingeblasene Luft und drückt somit den Schlitten nach oben, sodass kaum noch Reibung vorhanden ist (Vergleich: Airhockey-Tisch und Luftkissenboote).

Zuerst wollen wir die gleichförmige Bewegung des Schlittens bestimmen:

Dazu haben wir zwei Lichtschranken in einem bekannten Abstand positioniert und an den Digitalzähler angeschlossen. Jetzt stoßen wir den Schlitten (noch vor der Lichtschranke) leicht an und messen mit dem Digitalzähler die Zeit, die der Schlitten benötigt um die Strecke zu überwinden. Da er die gesamte Strecke mit gleich bleibender Geschwindigkeit auf der Luftkissenbahn „schwebt“, kann man nun aus den Werten Weg und Zeit die Geschwindigkeit berechnen.

In unserem Versuch hat der Schlitten z. B. 8,46 Sekunden für die 1,3 m Strecke benötigt. Daraus berechnen wir mit ein paar kleinen Formeln seine Geschwindigkeit.

Ergebnis: 0,54 km/h (Kilometer pro Stunde).

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Ergründet: Geschwindigkeit und Beschleunigung

Zur Bestimmung einer gleichförmig beschleunigten Bewegung haben wir unseren Aufbau etwas erweitert: Über zwei Umlenkrollen ist der Schlitten durch ein Band mit einem Gewicht verbunden. Das Gewicht beschleunigt durch seinen freien Fall den Schlitten gleichförmig. Der Schlitten wird durch einen Elektromagneten am Startpunkt gehalten, bis wir ihn, durch Unterbrechen des Stromkreises, losfahren lassen.

Bei diesem Versuch lässt sich beobachten, dass der Schlitten, mit zunehmender Strecke, immer schneller wird.

Farbspielereien

Von Mona Herdin, PTB

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Farbstoffe für die Chromatographie auswählen

Wie viele Farben hat ein schwarzer Fineliner-Stift? Viele von euch fragen sich jetzt bestimmt, was diese Frage soll. Wir wollen es euch erklären, denn die Farbe Schwarz setzt sich aus mehreren Farben zusammen. Wie viele es genau sind, haben wir herausgefunden:

Wir haben unser Vorwissen genutzt und mit Filterpapier, Fineliner und Wasser (Laufmittel) angefangen: Einen schwarzen Punkt auf das Filterpapier gemalt, Wasser darauf getropft und geguckt, was passiert. Der schwarze Punkt zerlief in einen heller werdenden Blauton mit einem hell-violetten Kranz. Aber wir wären nicht Physik-Azubis geworden, wenn wir euch nur die einfachen Schulversuche präsentieren würden. Wir haben unser Chromatographie-Experiment-Set rausgeholt, um mit verschiedenen Laufmitteln wie Toluol, Natriumcitratlösung oder Chloroform-Aceton ein noch besseres Ergebnis zu erzielen. Chloroform-Aceton hat schließlich unsere Frage beantwortet – seht selbst: Aus ursprünglich nur zwei erhaltenen Farben (blau und violett) sind gelb, blau, pink und rot geworden.

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Pflanzenfarbstoffe aus einer Blüte gelöst

Wir hatten Lunte gerochen und überlegt, ob es nicht möglich wäre, ganz schnell und einfach Pflanzenfarbstoffe herauszufiltern und mittels der Chromatographie diese dann in die einzelnen Farbstoffe zu filtern. Diese Idee führte uns hinaus ins Grüne: Alles Farbige, was uns in die Finger kam, wurde mitgenommen und im Mörser gnadenlos zermalmt. Die Überreste haben wir in das Filterpapier gelegt und mit Ethanol getränkt. Heraus kamen farbige Lösungen – wir hatten die Pflanzenfarbstoffe also erfolgreich herausgetrennt – und auf dem Filterpapier gut zu erkennen, welche Farbbestandteile in unserer Lösung enthalten waren.

Und nun die Theorie:

Die Chromatographie lässt sich mit einem reißenden Fluss vergleichen: Das Flusswasser entspricht dem Laufmittel, das Flussbett dem Filterpapier und das Treibgut im Fluss stellt die einzelnen Farbbestandteile dar. Je nachdem wie diese drei Parameter beschaffen sind, sinkt das Treibgut im Fluss früher oder später auf den Grund.

Genauso ist es auch bei unserem Fineliner: Das Laufmittel zieht die Farbbestandteile mit sich, und abhängig vom Laufmittel, Filterpapier oder dem Aufbau der jeweiligen Farbbestandteile werden diese unterschiedlich weit mitgenommen.

3 . . . 2 . . . 1 . . . Woosh!

Von Yvonne Bruchmann, Fraunhofer IST

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Die Abschußrampe wird startklar gemacht.

Heute haben wir uns alle gemeinsam auf dem „PTB-Raketen-Test-Gelände“ versammelt, um die ersten Prototypen der Raketen-Marke „Eigenbau“ auf die Probe zu stellen.

Kurz noch die Messstrecke präparieren und schon kann es losgehen.  Die PTB-ler füllen ihren Wassertank als erstes auf und pumpen Luft hinein, um einen Überdruck im Tank aufzubauen.

Jetzt heißt es: 3 . . . 2 . . . 1 . . . Wooosh. Das Wasser schießt aus dem Tank hinaus und treibt so die Rakete an, denn die ausgestoßene Wassermasse sorgt für den erforderlichen Rückstoß.

30 Meter weit ist die Rakete geflogen, ob das noch zu toppen ist? Wir probieren es aus und variieren den Druck und das Wasservolumen. Und tatsächlich fliegt die Rakete bei mehr Volumen immer noch ein Stück weiter. Doch nicht grenzenlos, denn es gibt einen Punkt, an dem das Gewicht des Wassers die Rakete wieder hinunter zieht.

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Auf idealer Fluglinie auf über 30 m Flugweite!

Die TU-ler haben ebenfalls einen Prototypen und als kleines Highlight eine Startrampe konzipiert, welche den Flug der Rakete nochmals verlängern soll. Ausbilder Thilo Lampe erklärt uns dazu, dass es einen optimalen Winkel der Startrampe gibt und demonstriert uns dazu den Effekt. 

Vor lauter Ehrgeiz und Drang nach neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen entsteht ein Wettstreit zwischen den drei Institutionen: „Wer schafft es bis Mai 2012 eine optimierte Rakete inklusive Startrampe zu modellieren und damit die längste Flugweite zu erzielen?!“

Es wird kurzerhand ein Regelwerk aufgestellt. Inzwischen laufen die Forschungen innerhalb der Institutionen auf Hochtouren. Wie es wohl ausgehen wird und welche Tricks und Ideen zur Hilfe gezogen werden, sehen Sie im Mai.

– FORTSETZUNG FOLGT! –

Weizenbier in der Vorlesung?

Von Susi Bittner und Sarah Pommerien, TU Braunschweig

Bis zur Frühstückspause um 9 Uhr war es ein ganz normaler Tag. Doch kurz darauf bekamen wir von unserem Ausbilder einen Auftrag, über den wir uns sehr wunderten. Wir sollten Weizenbier aus dem Supermarkt holen. Alkohol am Arbeitsplatz – ist das erlaubt? Und haben wir überhaupt passende Gläser dafür, fragten wir uns.

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Zerfallsgesetz am Beispiel der Bierschaumkrone

Doch Auftrag ist Auftrag – wir besorgten das Bier und stellten es in den Kühlschrank. Ein paar Stunden lang blieb es dort, ohne dass weiter darüber geredet wurde. Erst als wir am Nachmittag ins Audimax gehen wollten, um die Vorlesung vorzubereiten, erklang die tiefe Stimme unserers Ausbilders. „Nehmt das Bier mit!“, rief er uns zu.

Damit war das Rätsel gelöst. In der Vorlesung sollte bei einem physikalischen Versuch das Zerfallsgesetz erklärt werden – am Beispiel der Schaumkrone unseres Weizenbieres. Wir kippten das Bier also zunächst in ein Glas. Anschließend sollten wir die Höhe der Schaumkrone in einigen Zeitabständen mit dem Lineal ablesen und laut ansagen.

Leider war es schwierig, die Striche auf dem Lineal zu erkennen. Vorallem dann, wenn man einen knappen Meter entfernt steht, kurzsichtig ist und noch dazu keine Brille auf hat. Der Professor wartete auf die Ansagen, es wurde still…doch es kam nichts!

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Die Auszubildenden helfen bei den Versuchen in der Vorlesung

Vor dem versammelten Vorlesungssaal wollte ich nicht zugeben, dass ich die Abmessungen auf dem Lineal nicht erkennen konnte. Also versuchte ich mit wilden Handzeichen auf mein Problem aufmerksam zu machen. Es klappte. Unser Ausbilder sprang auf und tat, was er tun musste. Er las die aktuelle Höhe der Bierschaumkrone auf dem Lineal ab und die Vorlesung war gerettet.

Phaenomenal

Von Yvonne Bruchmann, Fraunhofer IST

Lange genug im Labor gestanden. Heute geht es raus in die Nachbarstadt Wolfsburg, für einen Besuch im phaeno. Das Besondere daran: Wir fahren alle zusammen. Wir – das sind die Azubis der PTB, der TU Braunschweig und des Fraunhofer Instituts IST für Schicht- und Oberflächentechnik.

Spiegel in die Unendlichkeit

Dort angekommen erkunden wir in kleinen Gruppen die Experimentierlandschaft und haben einen Megaspaß. Im Bereich der Optik sind die verzerrten Spiegelbilder eine witzige Attraktion. Je nach Wölbung des Spiegels sehen wir groß und schmal oder klein und dick aus. Auch die scheinbar unendlichen Spiegelungen von Gegenständen begeistern auf ihre Weise, wie die Telefonzelle, die Innen an allen Seiten mit Spiegeln versehen ist.

An der nächsten Ecke heißt es jetzt: „ACHTUNG! Brillen absetzen!!!“ Wir laufen mit fullspeed gegen eine Wand und dabei wird ausgerechnet, welchen Aufprall-Faktor wir in Relation zu unserem Körpergewicht haben. Da entsteht ein richtiger Wettstreit.

Der Robo sprach „Jedes Ding hat seine Zeit“ , W. Shakespeare

Nachdem wir ausgepowert weiter ziehen, kommen wir an einem Feuertornado vorbei. Ganz schön groß und spektakulär. So etwas sieht man nicht alle Tage.

Aber auch der freundliche Roboter, der uns mit Shakespeare-Zitaten begrüßt, sowie die Igel, die aus Eisenspäne bestehen und durch Magnetfelder zum Tanzen gebracht werden, sind ein Hingucker.

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Wärmebildaufnahme – Wer hat am meisten Hitze?

Nach einem langen Tag, der aus Spaß und Action bestand, fahren wir mit dem Zug wieder nach Hause und schwärmen gemeinsam während der Fahrt über das Erlebte und beschließen, so etwas sehr bald zu wiederholen.

Ladungen springen lassen

Von Benjamin Riehn, PTB Braunschweig

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Dem Plastikbüschel stehen die „Haare“ zu Berge

Heute steht bei uns der neue Bandgenerator auf dem Plan. Zuerst haben wir uns mit der Theorie beschäftigt:

Aus einem unteren Kupferkamm werden positive Ladungen herausgelöst und auf das laufende Gummiband übertragen. Dieses Band transportiert die Ladungen zu einem weiteren Kupferkamm, welcher die Ladungen auf die Hohlkugel überträgt. Auf der Haube entsteht ein positiver Ladungsüberschuss. Hält man nun eine zweite Kugel in die Nähe der Haube, so kann man beobachten, dass die Ladungen auf die kleine Kugel überspringen, indem man Blitze sieht und ein “Knacken“ hört. Somit ist Ladung auf die kleine Kugel übergegangen.

Nice to know:

Unser Bandgenerator schafft 175000 V, diese sind aber ungefährlich, da nur ein Strom von weniger als 10 Mikroampere fließt.

Genug der Theorie – jetzt wird experimentiert!

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Schicke Blitze und „knackende“ Ladungen

In dem ersten Versuch verwenden wir ein Büschel aus Plastikstreifen und stecken es auf die Hohlkugel. Mal sehen was passiert…

Die Plastikstreifen werden ebenso wie die Hohlkugel positiv aufgeladen. Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, richten sich die Plastikstreifen auf.

Anstatt des Plastikbüschels kann man sich auch selbst als Versuchskaninchen betätigen und die Hohlkugel anfassen. Dann stehen einem sprichwörtlich die Haare zu Berge.

Aber immer dran denken: Vor dem Berühren der Haube oder leitender Teile, zuerst erden, sonst „knallt´s“!

Lagebericht aus dem Chemikalien-Dschungel

Von Yvonne Bruchmann, Fraunhofer IST

Reagenzglashalter mit bunten Flüssigkeiten
Reagenzglashalter mit bunten Flüssigkeiten.

Februar 2011. Ein ganz normaler grauer Wintertag. Nach einigen Theoriestunden werden wir endlich im Labor ausgesetzt und müssen uns durch einen Dschungel von Analysen und Labortechniken kämpfen. Überall stehen Reagenzgläser, gefüllt mit roten, gelben oder grünen Flüssigkeiten. Jede Farbe steht für einen bestimmten PH-Wert.

Wir, die „Erstis“ des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST und die Azubis des 2. Lehrjahres der TU Braunschweig, stehen vor einem kunterbunten Chemikalienregal.

Unser Dschungelführer und Ausbildungsleiter Sven Pleger zeigt uns gerade Tricks zum Überleben. Unter anderem versucht er, mit uns gemeinsam Ammoniumionen in unbekannten Salzen nachzuweisen. Doch leider färbt sich das Universalindikatorpapier nicht blau, sondern rot. Haben wir vielleicht eine komplett neue Chemikalie nachgewiesen? Sollte dies der Durchbruch zu einem Nobelpreis sein?

Leider nicht, denn es stellte sich heraus, dass wir statt einer Lauge eine Säure verwendet haben, nämlich Salzsäure und nicht Natriumhydroxid: Rot gleich Säure, Blau gleich Lauge.

Noch mehr bunte Flüssigkeiten
Noch mehr bunte Flüssigkeiten.

Nachdem wir die kleine Enttäuschung über den entgangenen Preis verwunden haben, begeben wir uns direkt in die unendlichen Weiten der Titrationen. Aber das ist eine andere Geschichte. Die Lehre für heute ist:

„Wer mit Säure arbeitet, sollte sich nicht mit dem Handschuh ins Gesicht fassen!“

Mit Technik begeistern

Von Finn Lenz, Fraunhofer IST

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Der komplette Versuchsaufbau in der Übersicht

Irgendwann im Mai. Der Chef kommt in unser Büro. Wir erhalten folgende Instruktionen:

Wir sollen eine Präsentation zum Seebeck- und Peltier-Effekt  halten. Wer was macht, liegt bei uns. Das Schlimmste: Die halbe Abteilung und die TU-Azubis sollen dabei sein, inklusive ihrer Ausbilder.

Ich wähle den Peltier-Effekt, um zwanzig Minuten Internet-Recherche später zu wissen, dass der Seebeck-Effekt einfach die bessere Wahl gewesen wäre. Aber egal – eine weitere Internet-Recherche später habe ich sie: die perfekte Idee.

Am Tag darauf schnappe ich mir eine Platine und eine Hand voll Bauteile und bis zum Mittag läuft ein Prototyp des „Temperatur-Differenz-Visualisators“ – zwar noch nicht bereit zur Präsentation, aber er lief.

Das Teil musste aussehen, als wäre es direkt von der ISS zu mir ins Büro gefallen, damit es von dem leicht provisorischen Versuchsaufbau ablenkt und meine Zuhörer verstehen, was ihnen mein Versuch bringen soll. Etwas Plastik, Aluklebeband und ein wichtig aussehender Schriftzug waren schnell zusammengestellt.

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Ob die Temperatur ab- oder zunimmt, zeigt der Pfeil an

Am nächsten Morgen war die Präsentation. Das Publikum staunte nicht schlecht, als es diesen spacigen, silbrig glänzenden Kasten in der Größe einer Kaffeepackung sah, auf dem ein Dutzend Leuchtdioden zwei Pfeile bildeten, die in unterschiedliche Richtungen zeigten – schließlich ging es darum, die durch den Peltier-Effekt hervorgerufene Temperaturdifferenz sichtbar zu machen. Es hat mich selbst ein bisschen überrascht, aber richtig begeistert habe ich die Zuschauer, glaube ich, als die Pfeile dann auch noch die Richtung der Temperaturdifferenz zeigten. Aufgabe gelöst.

Und das alles nur mit ein wenig technischem Verständnis, einem leicht modifizierten Bauplan aus dem Internet und etwas zweckentfremdetem Kleinkram.