Chaotische Bewegung - Vorlesungssammlung Physik

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Mechanik
Gerät "Kosmos"
Folie
V O RL E S U
G
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Chaotische Bewegung
ITÄT
ERS
UL
IV
Sonstiges
Karte nur zur Benutzung in den Räumen der Universität Ulm, Vorlesungssammlung Physik
Anz. Blätter: 1
Datum: 21.10.02
Bearbeiter: Dollhopf W.
Stichworte:
Chaotische Bewegung „Kosmos“
Zweck:
Drei Ringe können sich um verschiedene Achsen drehen. Die Reibungsverluste
werden durch eine elektronische Schaltung nachgeliefert.
Zubehör:
Kosmos {37-1}
Aufbau:
Siehe Anleitung und Bild.
Bild:
Anleitung:
So machen Sie KOSMOS funktionsfähig:
Überprüfen Sie zunächst, ob eine 9V-Batterie angeschlossen ist. Nehmen Sie zu diesem
Zweck die Unterseite des schwarzen Sockels ab. Drücken Sie dann die Kappe mit den beiden
Anschlüssen auf die Pole der Batterie (dies ist nur auf eine Weise möglich!). Anschließend
stecken Sie die beiden Bügel in die Auskerbungen an der Sockeloberseite. Nun werden die
beiden Ringe miteinander verbunden, indem Sie die beiden Spitzen in die Lager des größeren
Ringes stecken. Ein Tropfen Öl in den beiden Lagern erhöht die Laufeigenschaft beträchtlich!
Jetzt brauchen Sie nur noch das gesamte Gestell in die oben vorgesehenen Einkerbungen der
Bügel legen und nach einer Seite hin auslenken.
Sie beobachten folgendes:
Die drei voneinander unabhängigen Ringe des Gestells beginnen nun zu drehen. Ihre
Bewegungen werden nicht durch die auftretende Reibung gebremst, da der im Sockel sich
befindliche Mechanismus den Energieverlust bei jeder Schwingung ausgleicht (vgl.
untenstehende Erklärung!). Der äußere Ring führt hierbei eine gleichmäßige PendelSchwingung aus. Dagegen drehen sich die beiden inneren Ringe c h a o t i s c h , das heißt,
ihre unregelmäßigen Bewegungen sind langfristig nicht vorhersehbar. Das liegt an folgendem:
An der Innenseite des äußeren Ringes und an der Außenseite des mittleren Ringes sind
Magnete angebracht. Diese Magnete stoßen einander ab. Je nachdem wie schnell und in
welchem Drehsinn sich die Ringe drehen, wird diese Bewegung infolge der magnetischen
Kräfte beschleunigt, abgebremst oder der Drehsinn umgekehrt. Der innere Ring führt,
beeinflusst von den beiden äußeren Bewegungen, ebenfalls chaotische Bewegungen aus.
So werden die Reibungsverluste ausgeglichen:
Im Inneren des Sockels befindet sich in der Mitte eine Spule mit Eisenkern, die durch einen
Transistor mit der Batterie geschaltet ist. Dieser Transistor unterbindet zunächst einen
Stromfluss, das heißt, beim Nichtgebrauch von KOSMOS wird keine Batterieenergie
verbraucht!
Weiter ist an der Unterseite des äußeren Ringes ein Dauermagnet angebracht. Wird nun der
äußere Ring aus seiner Ruhelage ausgelenkt, so tritt neben der rücktreibenden Schwerkraft
eine anziehende Kraft Dauermagnet- Eisenkern auf. Beim Zurückschwingen überquert der
Dauermagnet den Elektromagneten und i n d u z i e r t so einen Spannungsstoß in der
Spule. Diese induzierte Spannung wiederum schaltet den Transistor:
Es fließt Strom durch den Elektromagneten. Das entstehende Magnetfeld ist so gerichtet,
dass die resultierende Kraft Dauermagnet- Elektromagnet (Oberseite) abstoßend wirkt. Der
äußere Ring schwingt somit beschleunigt auf die andere Seite. Nach einer gewissen Zeit
schaltet der Transistor das Magnetfeld wieder aus.
Dieser Vorgang wiederholt sich ständig!
Beachten Sie bitte die weiteren Drehmobile aus unserem Angebot. Sie arbeiten nach dem
gleichen Induktionsprinzip, ihre Drehformen unterscheiden sich aber in reizvoller Weise!
Modell Space Ball
(Bestell—Nr. 1075B)
Modell Drehkreisel Apollo (Bestell—Nr. 1081)
Genaueres zum lnduktions- und Schaltmechanismus finden Sie in folgender Literaturstelle:
0. E. Berge: “Spielzeug im „Physikunterricht“, (121—126), Heidelberg 1982 (Bestell- Nr. 1160)
Bestell-Nr. 1076 Kosmos