Reibung und Fortbewegung

Material

• Deckel eines Honigglases oder andere zylindrische Schale, deren Höhe kleiner als der Durchmesser der verwendeten Murmeln (siehe unten) ist
• so viele Murmeln, dass der Deckel des Honigglases damit gefüllt werden kann
• Buch, höchstens doppelt so lang und breit wie der Deckel des Honigglases
• evtl. mehrere runde Bleistifte und ein schweres Buch

Joachim Herz Stiftung

Vorgehen
Der Deckel eines Honigglases wird, nach oben offen, auf den Tisch gelegt und vollständig mit einer Lage Murmeln gefüllt. Dann legt man ein Buch auf die Murmeln und dreht es um die Achse des Honigglasdeckels. Es lässt sich sehr leicht drehen und dreht sich weiter, wenn es angestoßen wird.
Zum Vergleich wiederholt man dieses Experiment ohne Murmeln im Deckel. Um das Buch zu drehen, muss eine wesentlich größere Kraft aufgewendet werden. Nach dem Anstoßen dreht es sich kaum weiter.

Joachim Herz Stiftung

Walzenlager
Entsprechend der Skizze werden mehrere runde Stifte auf den Tisch gelegt und darauf ein schweres Buch. Unter sehr kleinem Kraftaufwand kann das Buch senkrecht zu den Stiften und dem Tisch geschoben werden. Legt man das Buch direkt auf den Tisch, muss eine wesentlich größere Kraft aufgewendet werden, um das Buch über den Tisch zu schieben.

Literatur
Hilscher, H.: Universität Augsburg, Institut für Didaktik der Physik, CD-ROM Freihandexperimente
Walpole, B.: Experimente, Tricks und Tips zum Verständnis der Natur, Lernen und Wissen im Spiel und mit Spaß, Südwest Verlag GmbH & Co.KG, München 1990

Material

• Kinderüberraschungsei, oder Filmdose
• Flaschenkorken
• dünne etwa 1 m lange Schnur
• Zange, Bohrer oder erhitzter Nagel

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Bau
Man bohrt oben und unten in die Filmdose oder das Überraschungsei ein Loch, oder brennt es mit einem über eine Kerze erhitzten Nagel hinein. Den Korken verkürzt man so, dass er quer in die Dose passt. Anschließend fädelt man den Faden wie gezeichnet durch die Dose. Eventuell kann man zur Beschwerung ein Paar Schraubenmuttern zusätzlich in die Dose geben.

Durchführung
Die Fadenenden hält man mit den Händen fest und spannt den Faden in senkrechter Richtung. Wird der Faden straff gespannt, bewegt sich das Ei nicht. Lässt man den Faden locker, gleitet das Ei schnell am Faden abwärts. Durch die Spannung des Fadens kann die Gleitgeschwindigkeit des Eis beeinflusst werden. Die unterschiedliche Spannung des Fadens ist für den Zuschauer nur durch sehr genaues Hinsehen zu beobachten. Deshalb kann man das Ei scheinbar auf Kommando haften oder hinabgleiten lassen.

Erklärung
Die Reibungskraft zwischen zwei Oberflächen ist proportional zu der Kraft, mit der sie aneinander gepresst werden. Die Größe der Kraft, die den Faden an den Korken und an die Ränder der gebohrten Löcher im Ei presst, ist proportional zu der Kraft, mit der die Hände den Faden spannen. Deshalb ist die Reibungskraft zwischen Faden und Ei abhängig von der den Faden spannenden Kraft und kann durch sie variiert werden.

Literatur
Hilscher, H.: Universität Augsburg, Institut für Didaktik der Physik, CD-ROM Freihandexperimente (Bildvorlage)
Hahn, H.: Physikalische Freihandversuche, Band 1, Verlag Otto Saale, Braunschweig 1907

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Material

• relativ unbenutztes Spielkartenpäckchen
• stabile Tischplatte

Durchführung
Die Karten eines vollständigen Kartenpäckchens werden gemischt. Eine Versuchsperson wählt eine Karte aus und legt sie dem Vorführenden ("Zauberer") mit dem Bild nach unten auf den Kopf und hält sie dort fest. Der Zauberer darf die Karte nicht sehen. Er sollte, während die Karte auf seinem Kopf liegt, diesen ein wenig hin und her drehen. Die Karte wird wieder in das Päckchen gesteckt und die Karten werden gemischt. Mit einem starken, etwas schrägen Schlag mit der Handkante auf das Kartenpäckchen (siehe Abb.) rutscht der Stapel in zwei Stapel auseinander. Auf der Unterseite des oberen Stapels findet der Zauberer die gesuchte Karte.

Erklärung
Mit Ausnahme von frisch gewaschenen Haaren sind alle Haare (auch sogenannte "trockene Haare") grundsätzlich fettig. Durch die Bewegung des Kopfes wird die gesuchte Karte "eingefettet" und dadurch die Haftreibung vermindert. Unter Einwirkung von Scherkräften (schräger Handkantenschlag) wird die kleinste der Haftreibungskräfte der Karten untereinander überwunden, wobei die eingefettete Karte aus dem Stapel gleitet, da der Gleitreibungskoeffizient dieser Karte kleiner als der Haftreibungskoeffizient der anderen Karten ist.

Literatur
Hilscher, H.: Universität Augsburg, Institut für Didaktik der Physik, CD-ROM Freihandexperimente (Bildvorlage)
Wittmann, J.: Trickkiste 1, Experimente, wie sie nicht im Physikbuch stehen, Bayerischer Schulbuch Verlag, München 1986

Material
Weinflasche mit stetig enger werdendem Hals, keine Kelchform
Korken, der die Weinflasche gut verschließt
Geschirrtuch

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Durchführung
Man drückt einen Korken ganz in eine (leere) Weinflasche hinein. Eine Ecke des Geschirrtuchs wird in die Flasche gesteckt (am besten wird das Tuch dabei gedreht). Es sollte ca. 10 cm in den Flaschenhals hineinragen. Die Flasche wird mit dem Hals nach unten gehalten. Man versucht, durch Schütteln den Korken auf dem Geschirrtuch zum Liegen zu bringen (siehe Abb.). Der Korken darf sich im Flaschenhals nicht verkanten bzw. querstellen. Ansonsten muss man das Tuch wieder in die Ausgangslage zurückbringen und den Korken erneut auf das Tuch schütteln. Zieht man fest an dem Tuch, gleitet dieses samt Korken aus der Flasche.

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Erklärung
Zu Beginn des Experiments sind die Haftreibungskoeffizienten ausschlaggebend. Nimmt man an, dass beim Ziehen am Tuch der Korken im Flaschenhals steckenbleibt und sich das Tuch um den Korken bewegt, muss die Haftreibung (und später die Gleitreibung) an der Grenzfläche von Tuch und Kork und an der Grenzfläche von Tuch und Glas überwunden werden (Skizze).
Für den Fall, dass man Tuch samt Korken aus der Flasche zieht, muss man die Haftkraft (während des Ziehens die Gleitreibung) zwischen Kork und Glas und zwischen Tuch und Glas überwinden
Die Haftreibung zwischen Kork und Glas ist wesentlich kleiner als die Haftreibung zwischen Tuch und Korken. Deshalb wird das Tuch samt dem Korken aus der Flasche gezogen.

Literatur
Hilscher, H.: Universität Augsburg, Institut für Didaktik der Physik, CD-ROM Freihandexperimente (Bildvorlage)