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Mechanik

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Spirale 10 – Abheben in eine höhere Dimension

Diesen stilisierten „Apfel“ fand ich auf einem Verkaufsstand in Santa Cruz de la Palma im tiefsten Touristengewirr. Als ich dann vorgeführt bekam, wie durch Hochheben am Stängel aus diesem 2D-Kunstwerk ein 3D-Gebrauchsgegenstand wurde, war ich sofort fasziniert von der Einfachheit der Idee und ihrer handwerklichen und künstlerischen Umsetzung. Weiterlesen

Fracturas en cascada

H. Joachim Schlichting.  Investigación y Ciencia Febrero 2018 Curiosidades de la física

Si uno comba un objeto alargado más allá de su límite de ruptura, casi siempre se partirá en más de dos trozos. ¿A qué se debe?

Un gran fresno que hay en mi vecindario me proporciona con regularidad ramas muertas que resultan ideales para encender la chimenea. Son lo suficientemente gruesas, están secas y se quiebran con facilidad. Esto último, en particular, lleva asociado un curioso fenómeno: si agarramos uno de esos palos por ambos extremos y lo doblamos hasta alcanzar el punto de fractura, rara vez se romperá en solo dos trozos, sino que lo hará casi siempre en tres. Este fenómeno, poco comprendido hasta hace poco, no solo ocurre con las ramas de fresno secas, sino con cualquier palo o barra sometido a una deformación intensa.
Una situación cotidiana en la que podemos observar dicho comportamiento es cuando, para cocer pasta, nos disponemos a partir un puñado de espaguetis para ajustarlos al diámetro de la olla. Este ejemplo ha alcanzado cierta notoriedad debido a que el célebre Richard Feynman llevó a cabo el experimento, pero no fue capaz de averiguar por qué, además de espaguetis partidos más o menos por la mitad, aparecían tantos trozos de poco tamaño. Aquel episodio revalorizó este mundano incidente culinario y el fenómeno se convirtió en objeto de investigaciones serias. La solución no llegaría hasta muchos años más tarde, con ayuda de simulaciones y fotografías de alta velocidad.

Fractura y rebote

Si observamos de cerca el modo en que se astillan los espaguetis, nos percataremos de que, por lo general, no se quiebran exactamente por su punto medio —donde están más curvados y experimentan la mayor tensión—, sino un poco más allá. Esto puede verificarse a posteriori, poniendo los pedazos uno al lado de otro. La causa de esta asimetría estriba en que los espaguetis no tienen una forma perfectamente cilíndrica ni están hechos de una masa cien por cien homogénea. Por tanto, ceden antes allí donde presentan «defectos de fabricación», donde el efecto conjunto de la tensión aplicada y la fragilidad del material es máximo. Así pues, hasta esta primera ruptura, la explicación resulta intuitiva….

PDF: Fracturas en cascada

Auf Biegen und Brechen

Auf_Biegen_und_Brechen-(2)

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 7 (2016), S. 42 – 43

Krümmt man einen Stab über seine Belastungsgrenze hinaus, zersplittert er meist in mehr als zwei Teile. Warum?

Nicht auf das Biegen,
auf das Brechen kommt es an
Martin Heidegger (1889 – 1976)

PDF: Auf Biegen und Brechen.

 

 

Physik des Fahrradfahrens – Gleichgewicht auf zwei Rädern

Suhr, Wilfried; Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 38/5 (2007) 238 – 241

Auf zwei Rädern stets das Gleichgewicht zu halten, ist nicht immer einfach. Wie wir es einhalten können sagen uns die Gesetze der Physik, die wir uns beim Fahren freilich nicht bewusst machen. Übung macht auch hier den Meister.

PDF: kann beim Autor angefordert werden (schlichting@uni-muenster.de)

Papierhubschrauber

Schlichting, H. Joachim; Rodewald, Bernd. In: Praxis der Naturwiss.-Physik 35/5, 30 (1986).

Papierflieger sind zum Leidwesen vieler Lehrer bei den Schülern sehr beliebt. Man wird daher sicherlich auf deren Interesse stoßen, wenn man Papierflieger zum Gegenstand des Unterrichts macht. Besonders reizvoll erscheint uns insbesondere der Papierhubschrauber; den wir hier betrachten wollen. Es handelt sich um einen Flieger, der einfach losgelassen wird und – sich um die eigene Achse drehend – langsam zu Boden geht. Er ähnelt damit den Flugsamen mancher Pflanzen. Gemeinsam ist diesen Flugobjekten nicht nur der faszinierende Mechanismus, durch den die Rotation ,,angeworfen“ und gesteuert wird, sondern auch die bemerkenswerte Stabilität und Präzision, mit der der „Flug“ abläuft.

PDF: Papierhubschrauber

Learning mechanics with toys

Schlichting, H. Joachim. In: P.L. Lijnse (Ed.): The many faces of teaching and learning mechanics; (Proceedings of the GIREP Conference on Physics Education 1984), S. 432, Utrecht (1985).

One severe problem of teaching physics, especially mechanics, is the difficulty in stimulating pupils to investigate and understand objects of everyday life from a physical standpoint, i.e. differently than they are accustumed to doing. Since these objects do not carry, in any simple way, a physical aspect in themselves, the physical consideration of them largely requires one „to describe the world in a way that we do not experience it“.  This problem does not fully appear if physics is applied to the artificial world of physical apparatus and materials which have only been prepared to
demonstrate one or at best several physical principles. Normally, this is the case in German schools. Since this world of apparatus scarcely has any connections with the everyday world of the pupils one cannot expect students were able to apply physical principles to it. However, this should be one of the main objectives of physical education, unless physics is to be simply an end in itself.

PDF: Learning mechanics with toys

Der Sturz über den Lenker – Zur Problematik des Bremsens beim Radfahren

Schlichting, H. Joachim. In: technic-didact 10/1, 49 (1985).

Die Gleichgewichtsproblematik des Fahrrads läßt sich je nach der Drehachse, um die sich das aus der Gleichgewichtslage ausgelenkte Fahrrad drehen kann, in drei Abschnitte einteilen. Die Drehung um eine Achse durch das Fahrrad senkrecht zur Erdoberfläche spielt jedoch keine wesentliche Rolle und kann daher vernachlässigt werden. Die Drehung um eine Achse längs durch das Rad (in  Fahrtrichtung) wurde unter der Thematik „Zur Gleichgewichtsproblematik beim Fahrradfahren“ in einer vorangegangenen Arbeit in dieser Zeitschrift behandelt /l/. Die Drehung um eine Achse quer durch das Rad (senkrecht zur Fahrtrichtung) soll in der vorliegenden Arbeit skizziert werden. Sie betrifft die Wirkung von Drehmomenten, die durch Bremsmechanismen zustande kommen. Wie schon in /l/ beschränken wir uns im weiteren auf qualitative Argumente und einige quantitative Abschätzungen.

PDF: Sturz über den Lenker

Zur Gleichgewichtsproblematik beim Fahrradfahren

Schlichting, H. Joachim. In: technic-didact 9/4, 257 (1984).

Die physikalische Beschreibung eines fahrenden Zweirads hat Mathematiker und Physiker immer wieder herausgefordert. WHIPPLE /10/ und Mc GAW /7/ dürften die ersten gewesen sein, die eine Theorie des Fahrradfahrens vorgelegt haben. Später befaßten sich TIMOSHENKO und YOUNG /9/ erneut mit der Problematik. Die Ergebnisse wurden kaum akzeptiert, weil viele vertraute  Aspekte des Fahrradfahrens nicht erklärt werden konnten, Allenfalls spezielle, mathematisch leicht zu behandelnde Detailprobleme flossen in einige Lehr- und Fachbücher /8, 3/ ein. In jüngster Zeit hat man sich dieser Problematik sowohl experimentell als auch theoretisch erneut angenommen /6, 4/, vermutlich als eine Folge des Comebacks des Fahrrads…

PDF: Gleichgewichtsproblematik_Fahrradfahren

Probleme der Größeneinführung, aufgezeigt am Beispiel der Masse

Schlichting, H. Joachim; Backhaus, Udo.  In: Scharmann (Hrsg.), Vorträge der Frühjahrstagung der DPG 1982, Gießen 1982.

Physik kommt nicht zuletzt dadurch zustande, daß man es versteht, gewisse Auffälligkeiten und Regelmäßigkeiten in der Natur auf den Begriff zu bringen und schließlich mit Hilfe eines Meßverfahrens zu einer quantitativen Größe auszuschärfen. Die Begriffsbildung ist daher als Nahtstelle zwischen umgangssprachlicher und physikalischer Erfassung der Welt anzusehen. Weil „jedes Verständnis schließlich auf der gewöhnlichen Sprache beruhen muß“ (HEISENBERG 1978, S. 194), kommt der Begriffsbildung als Unterrichtsgegenstand eine große Bedeutung zu. In der Praxis des Physikunterrichts wird jedoch meist allenfalls dem letzten Schritt der Begriffsbildung, dem Meßverfahren, einige Aufmerksamkeit geschenkt. Die Phase der Konzipierung bzw. Formung von zunächst nur intuitiv erfaßten Auffälligkeiten natürlicher Vorgänge zu einem zunächst nur qualitativen Konzept bis hin zur Diskussion möglicher Meßverfahren hat dabei so gut wie keinen Stellenwert.

PDF: Probleme der Größeneinführung, aufgeeigt am Beispiel der Masse

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