7. – 10. Schuljahr

Ralph Hepp

Ein Flaschenzug aus Stangen

Es ist oft nicht so einfach, ein mit geringem Aufwand schnell durchführbares und zudem überzeugendes Experiment für den Unterricht zu finden. Der hier beschriebene Versuch hat darüber hinaus sogar noch einen hohen Spaßfaktor.
Material
  • 2 stabile Holzstiele, am besten möglichst gerade Schaufelstiele aus dem Baumarkt (bei jüngeren Schülerinnen und Schülern genügen zwei einfache Besenstiele)
  • mehrfaseriges Nylonseil (Baumarkt)
  • digitale oder mechanische Kofferhandwaage
Aufbau und Durchführung
Die beiden Stiele werden von zwei (kräftigen) Jugendlichen jeweils mit zwei Händen senkrecht in einem Abstand von ca. 1 m gehalten. Das Seil wird an einem der Holzstiele mit einem Doppelknoten befestigt. Anschließend wird das Seil mehrere Male um die beiden Stiele gewunden, dabei sollte es durch leichtes gleichzeitiges Ziehen beider Schüler stets straff gespannt sein. Dabei sollte auch darauf geachtet werden, dass das wegführende Zugseil ungefähr in der Mitte aus dem System herauskommt, also etwa 5 Seilstücke unterhalb und 5 Seilstücke oberhalb dieses Kraftansatzpunktes liegen (s. Abb. 1 ). Damit wird erreicht, dass sich das Seil gleichmäßig im unteren und oberen Teil zusammenzieht, die beiden Stiele also weitestgehend senkrecht bleiben.
Eine Schülerin nimmt nun das freie Ende des Seils in ihre Hände und beginnt langsam und gleichmäßig zu ziehen, während die beiden Schüler versuchen, den anfänglichen Abstand der beiden Stiele von ca. 1 m ebenfalls durch Ziehen an den Stielen zu halten (s. Abb. 2 ). Trotz größter Anstrengung gelingt ihnen dies aber nicht, die Schülerin zieht „mit relativer Leichtigkeit die beiden Stiele zusammen.
Sicherheitshinweise
Man sollte unbedingt darauf achten und insbesondere die beiden kräftigen Jugendlichen darauf hinweisen, dass sie nicht mit aller Gewalt die Stiele halten sollen und dabei gegebenenfalls wegrutschen oder sich anderweitig im Eifer verletzen können. Der Lehrer sollte das Experiment genau beobachten und ggf. abbrechen, wenn solch eine kritische Situation eintreten könnte (mögliches Wegrutschen). Erfahrungsgemäß wollen vor allem jüngere Schüler mit viel Kraft und Körpereinsatz versuchen, die Annäherung der beiden Stiele zu verhindern und stemmen sich dabei gegen die Bewegungsrichtung. Genau dies kann jedoch zum Wegrutschen und ggf. zu Verletzungen beim Fallen führen.
Messungen
Die Zugkraft mit beiden Händen lässt sich näherungsweise mithilfe einer digitalen oder mechanischen Kofferhandwaage messen. Hierzu wird das eine Ende der Waage (Schlaufe) fest in einen Schraubstock eingespannt und mithilfe z.B. eines durch den Haken am anderen Ende der Waage gesteckten stabilen Metallrohres beidhändig waagerecht gezogen.
Bei einem durchschnittlich kräftigen Mann ergibt sich eine Zugkraft von ca. 340 N. Geht man von zwei ziehenden Personen (680 N) und zehn „tragenden Seilstücken aus, ergibt sich eine resultierende Zugkraft der Schülerin von 68 N, also keine allzu große Kraftanstrengung.
Hinweise
  • Mit etwas mehr Aufwand kann man das seitliche Weg- und Übereinanderrutschen der Seilstücke an den Stielen verhindern. Hierfür müssen mit einer Feile oder einem Dreikantschleifer auf beiden Stielen leichte Einkerbungen vorgenommen werden, in denen die Seilstücke dann beim Ziehen gleiten können.
  • Dieses Experiment lässt sich auch gut im Rahmen eines „Tages der offenen Tür mit Besuchern durchführen.

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