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Physikalisches Spielzeug & Freihandversuche, Rubriken: "Spielwiese" und "Blickwinkel"

Fontänen und Loopings am laufenden Band

Suhr, Wilfried; Schlichting, H. Joachim.  Physik in unserer Zeit 49/2 (2018) S. 80 – 85

Modellierung einer Seilschleuder

Versetzt man ein geschlossenes Seil in Rotation, so richtet es sich zu einer fontänenartigen Bewegungsfigur auf. Mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit geht diese durch einen phasenübergangsähnlichen Wechsel in einen geschlossenen Loop über. Dabei übernimmt die Dissipation der Bewegungsenergie eine konstruktive Rolle.

Seile, Bänder und Ketten haben gemeinsam, dass sie im Idealfall nur auf Zug belastet werden können. Die daraus resultierenden dynamischen Eigenschaften ermöglichen ihnen überraschende Verhaltensweisen, die allerdings erst zutage treten, wenn sie in Bewegung versetzt werden. Lässt man beispielsweise eine Kette oder ein Band aus einem Gefäß „herausfließen“, so erhebt es sich zu einer fontänenartigen Bewegungsfigur, die der Anschauung und physikalischen Intuition gleichermaßen zu widersprechen scheint (siehe auch: Kettenfontäne und Seilfontäne).
Während diese Ketten-und Seilfontänen aufgrund einer sehr hohen Fließgeschwindigkeit von äußerst kurzer Dauer und entsprechend begrenztem Vergnügen sind, warten moderne Science Center seit einigen Jahren mit der Variante eines rotierenden Seils auf, das zu zeitlich unbegrenzten Formationen angeregt werden kann. Dabei wird ein zu einer Schlaufe geschlossenes Seil in Drehung versetzt (Abbildung 1 links) und dazu gebracht, sich zu einer stationären Bewegungsfigur aufzusteilen. Diese kann je nach Variation der Antriebsrichtung ganz unterschiedliche Formen annehmen.
Inzwischen haben solche Geräte unter Namen wie Seilschleuder oder englisch Stringshooter, String-Launcher, Spring-Fountain, Rope-Squirter und String-Thing den Weg aus den Science Centern in die Alltagswelt gefunden – und zwar sowohl als kommerziell vertriebenes Spielzeug (Abbildung ) als auch als Kunstinstallation im öffentlichen Raum.
Derzeit gibt es unseres Wissens keine halbwegs zutreffende physikalische Beschreibung dieses Phänobjekts. Die folgenden Ausführungen sollen im Rahmen eines einfachen Modells Abhilfe schaffen und darüber hinaus weitere Phänomene demonstrieren und beschreiben, die mit Hilfe der Seilschleuder möglich sind…

PDF: Modellierung einer Seilschleuder

 

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