Schuelerversuch Dehnungsschleifen

[Johannes Lotz]

Salve,

ich hoffe hier auf die reichhaltige Erfahrung vieler Unterrichtsjahre
zurueckgreifen zu koennen...

Ich moechte mit einer Klasse 6 Dehnungsschleifen im Schuelerexperiment
untersuchen. (Dehnungsschleifen kann man z.B in Industriegebieten bei
Rohren sehen, durch die heisse Fluessigkeit geleitet wird; In den
Rohrverlauf sind Schleifen gebogen, die die L"aengenausdehnung
aufnehmen, damit die Rohre nicht brechen)

Die Schuelerversuche sollen mit einfachen und billigen Mitteln
durchgefuehrt werden.
Jetzt hatte ich mit gedacht, das evtl. mit Fahrradspeichen zu machen, in
die ich selber eine Schleife biege, und darunter 3-4 Teelichte.
Rohre sind mir etwas zu diffizil zu biegen.

Mir fehlen aber noch ein paar pfiffige Ideen:

- Faellt jemandem was besseres als Fahrradspeichen ein? Moeglichst aus
einem Material mit hohem Ausdehnungskoeffizienten? Draht finde ich
schwierig, weil man den nicht wirklich gerade bekommt.
- Wie fixiere ich die Speichen an den Enden? Unsere Physiksammlung gibt
nicht genuegend Standfuesse und Klemmen her um das 10-15 mal
aufzubauen.
- Wie mache ich moeglichst gut sichtbar, dass die Dehnungsschleife
zusammengedrueckt bzw auseinandergezogen wird? Das ist ja nur im
mm-Bereich.
- Eine quantitative Bestimmung der Ausdehnung war zwar nicht vorgesehen,
aber wenn jemand hierzu eine gute Idee hat, immer her damit.

Nebenbedingung ist immer, dass das Material einfach zu beschaffen,
einfach aufzubauen und billig ist (max 1-2 Euro pro Versuch).


Fuer jeden aus Erfahrung gespeisten Kommentar, der zu einem den
Schuelern Spass machenden(m?) Experiment fuehrt, dankbar


Johannes

[Bodo Mysliwietz]

Post by Johannes Lotz
Salve,

Salve Johannes

Post by Johannes Lotz
ich hoffe hier auf die reichhaltige Erfahrung vieler Unterrichtsjahre
zurueckgreifen zu koennen...

Als Berufssadist oder als Zwangsgequälter?
;-)

Also ich bin kein Lehrer.

Post by Johannes Lotz
Ich moechte mit einer Klasse 6 Dehnungsschleifen im Schuelerexperiment
untersuchen. (Dehnungsschleifen kann man z.B in Industriegebieten bei
Rohren sehen,

Die Dinger werden afaik u.a. auch als Lyra-Kompensatoren oder Lyra-Bogen
bezeichnet.

Post by Johannes Lotz
durch die heisse Fluessigkeit geleitet wird; In den
Rohrverlauf sind Schleifen gebogen, die die L"aengenausdehnung
aufnehmen, damit die Rohre nicht brechen)

oder auch um Schwingungen zu reduzieren.

Post by Johannes Lotz
Die Schuelerversuche sollen mit einfachen und billigen Mitteln
durchgefuehrt werden.
Jetzt hatte ich mit gedacht, das evtl. mit Fahrradspeichen zu machen, in
die ich selber eine Schleife biege, und darunter 3-4 Teelichte.
Rohre sind mir etwas zu diffizil zu biegen.

Was ist mit Materialien aus dem Klempnerbereich? Löt- oder Schraubwinkel
und Rohre als Meterware? Die könntet Ihr, sofern nicht wirklich verlöt,
wiederverwenden.

Post by Johannes Lotz
- Faellt jemandem was besseres als Fahrradspeichen ein? Moeglichst aus
einem Material mit hohem Ausdehnungskoeffizienten?

zumindest schonmal eine Liste mit einigen Ausdehnungskoeffizienten zum
Vergleich.
http://www.preusser-messtechnik.de/dms/dms/material.htm

Dort kann man entnehmen das die großen und damit schnell interessanten
Ausdehnungskoeffizienten bei den organischen Materialien liegen die man
nicht mal unbedarft mit Teelichtern bearbeiten kann/sollte (Föhn?).

Post by Johannes Lotz
Draht finde ich
schwierig, weil man den nicht wirklich gerade bekommt.

Nun, muß der Versuchsaufbau unbedingt geradlinig sein?

Post by Johannes Lotz
- Wie fixiere ich die Speichen an den Enden? Unsere Physiksammlung gibt
nicht genuegend Standfuesse und Klemmen her um das 10-15 mal
aufzubauen.

Was möchtest Du den zeigen? Einfach Längenausdehnung oder die Aufnahme
selbiger durch einen Lyrakompensator einschl. seiner Deformation?

Vielleicht auf Holzbrettchen?

Post by Johannes Lotz
- Wie mache ich moeglichst gut sichtbar, dass die Dehnungsschleife
zusammengedrueckt bzw auseinandergezogen wird? Das ist ja nur im
mm-Bereich.

Klar. Vielleicht durch anbringen eines Spiegels der mit einem
fokusiertem Strahl (Laser vorhanden?) angestrahlt wird. Die Veränderung
des Ausfallwinkels kann z.B. bei längerem Weg (Wandprojektion) sehr gut
beobachtet werden.

Eine ander Idee von mir: Wenn DU günstig dünnes Kupferrohr D=2-3mm
(Baumarkt, Klempnerrei?) oder Cu-Band bekommen kannst wickelt Ihr Ihr
mal ein paar Meter z.B. um den Griff eines Schraubendrehers oder
Besenstiels zur Spiral auf. Ein Ende der Spiral wird an einem
Holzbrettchen fixiert, diese dann erwärmt, am anderen Ende müsste dann
eine Drehbewegung zu erkennen sein.

Post by Johannes Lotz
- Eine quantitative Bestimmung der Ausdehnung war zwar nicht vorgesehen,
aber wenn jemand hierzu eine gute Idee hat, immer her damit.

Lineare Ausdehnung eine geraden Gegenstandes: Ihr legt z.B. eine
Kupferrohr/Stange über 2 Klötze, aus einem Stück dünnen Draht biegt Ihr
einen rechten Winkel, diesen legt Ihr an einem Ende so unter unter dem
Prüfling, das der 2. Schenkel des Drahtwinkels frei auschlagen kann.
Verschiebt Ihr den Prüfling geringfügig schlägt der Draht stark aus,
Längenänderungen durch d-T werden ebenfalls als Ausschlag dargestellt.
Der Ausschlag hängt somit von d-T und Durchmesser des verwendeten
Zeigerdrahtes ab (je kleiner dest empfindlicher). Die Anzeigemethode
wäre natürlich auch auf einen Lyrabogen übertagbar (ach da fallen mir
diverse Konstruktionsspielchen ein).

Post by Johannes Lotz
Nebenbedingung ist immer, dass das Material einfach zu beschaffen,
einfach aufzubauen und billig ist (max 1-2 Euro pro Versuch).

Wenn Du es geschickt machst (Zeigerdraht sehr billig) und z.b. die
Klempnersachen benutzt, sind Sie sicher etwas teurer in der Anschaffung,
können dafür aber immer wieder demontiert und gelagert werden.

Post by Johannes Lotz
Fuer jeden aus Erfahrung gespeisten Kommentar, der zu einem den
Schuelern Spass machenden(m?) Experiment fuehrt, dankbar

Den Versuchsaufbau mit den geraden Rohren oder Stangen könntest Du ja
auch sehr einfach mit div. Materialien als Versuch durchführen. So könen
am Zeigerausschlag sehr gut die unterschiedlichen
Ausdehnungskoeeffizienten beobachtet werden. Mit gleichen
Messbedingungen ginge es natürlich wenn Du gleich lange Rohre und
ähnlichem Querschnitt verwendest. Dann böte sich die Möglichkeit einen
Schlauch anzuschliessen und mit Dampf auf die gleichen Temperatur (100
°C) zu bringen (Cu, Al, Stahl und Glasrohre...).

[Johannes Lotz]

Post by Bodo Mysliwietz
Dort kann man entnehmen das die großen und damit schnell interessanten
Ausdehnungskoeffizienten bei den organischen Materialien liegen die man
nicht mal unbedarft mit Teelichtern bearbeiten kann/sollte (Föhn?).

Schwierig bei 10 Aufbauten. Aber vielleicht f"allt mir ja eine andere
Waermequelle ein .o0(heisses Wasser?).

Post by Bodo Mysliwietz

Post by Johannes Lotz
- Wie mache ich moeglichst gut sichtbar, dass die Dehnungsschleife
zusammengedrueckt bzw auseinandergezogen wird? Das ist ja nur im
mm-Bereich.

Klar. Vielleicht durch anbringen eines Spiegels der mit einem
fokusiertem Strahl (Laser vorhanden?) angestrahlt wird. Die Veränderung
des Ausfallwinkels kann z.B. bei längerem Weg (Wandprojektion) sehr gut
beobachtet werden.

Ja, das waere der uebliche Weg. Ist aber wieder das Problem, dass wir
keine 10 Aufbauten davon hinkriegen.

Post by Bodo Mysliwietz
Lineare Ausdehnung eine geraden Gegenstandes: Ihr legt z.B. eine
Kupferrohr/Stange über 2 Klötze, aus einem Stück dünnen Draht biegt Ihr
einen rechten Winkel, diesen legt Ihr an einem Ende so unter unter dem
Prüfling, das der 2. Schenkel des Drahtwinkels frei auschlagen kann.
Verschiebt Ihr den Prüfling geringfügig schlägt der Draht stark aus,
Längenänderungen durch d-T werden ebenfalls als Ausschlag dargestellt.
Der Ausschlag hängt somit von d-T und Durchmesser des verwendeten
Zeigerdrahtes ab (je kleiner dest empfindlicher). Die Anzeigemethode
wäre natürlich auch auf einen Lyrabogen übertagbar (ach da fallen mir
diverse Konstruktionsspielchen ein).

So ein Ding haben wir als Lehreraufbau, aber ich hab da nur
Aerger mit. Das Rohr rutscht durch, der Zeiger klemmt etc. Ich
bezweifle, dass man das halbwegs schmerzarm selberbasteln kann...

Ausserdem fuerchte ich, dass die Kinder da und auch bei der Version mit
dem Spiegel eine falsche Vorstellung von der Dimension der Ausdehnung
bekommen. Man darf nicht vergessen, die sind 6. Klasse, eine Umrechung
von Zeigerausschlag in Ausdehnung kriegen die nicht hin.


Gruesse

Johannes

[Bodo Mysliwietz]

Post by Johannes Lotz

Post by Bodo Mysliwietz
Klar. Vielleicht durch anbringen eines Spiegels der mit einem
fokusiertem Strahl (Laser vorhanden?) angestrahlt wird. Die Veränderung
des Ausfallwinkels kann z.B. bei längerem Weg (Wandprojektion) sehr gut
beobachtet werden.

Ja, das waere der uebliche Weg. Ist aber wieder das Problem, dass wir
keine 10 Aufbauten davon hinkriegen.

...oder das evtl. andere Anzeigetechniken nicht mehr erkennen lassen das
man Längenausdehnung beobachtet - wäre in höheren Jahrgängen besser.

Post by Johannes Lotz
So ein Ding haben wir als Lehreraufbau, aber ich hab da nur
Aerger mit. Das Rohr rutscht durch, der Zeiger klemmt etc.

Erhöhe die Reibung in dem Du an der Auflagefläche um das Rohr ein Stück
Isolierband klebst.

Post by Johannes Lotz
Ich
bezweifle, dass man das halbwegs schmerzarm selberbasteln kann...

Du meinst wegen Verbrennungsgefahr?

Post by Johannes Lotz
Ausserdem fuerchte ich, dass die Kinder da und auch bei der Version mit
dem Spiegel eine falsche Vorstellung von der Dimension der Ausdehnung
bekommen. Man darf nicht vergessen, die sind 6. Klasse, eine Umrechung
von Zeigerausschlag in Ausdehnung kriegen die nicht hin.

Sicher die Mathematik wäre nicht so angesagt. Du könntest aber schon
eine Versuchsanleitung geben die auch das anfertigen einer
Ausschlagscala beinhaltet. Sie mit einer Lupe und Noniusscala arbeiten
zu lassen ist sicher auch nicht so das ware. Mit dem Drahtzeiger
bekommen sie immerhin die Vorstellung das die Ausdehnungen klein sind.
Der direkte Vergleich wieviele Umdrehungen der zeiger macht wenn man das
Rohr nur 1-2 cm verschiebt wird das veranschaulichen.

BTW: wie siehts z.B. mit dem Anwendungs- und Problemfällen bei
thermischen Dehnungsprozeßen aus? Klar ein Eisenbahn Rad hat man mal
eben nicht dar. Aber vielleicht kannst Du auch mit Spurgelenköpfen vom
Schrottplatz experimentieren? Oder vielleicht mal den vergleich einen
heissen Glasschliffstopfen in kaltem Hals und kalter Schliffstopfen in
heissem Hals - warten und schauen wie es mit dem Halt des Stopfens aussieht.

So Dinge wie thermischer Bolzensprengapparat sind Dir sicher bekannt,
zeigen eindrucksvoll welche Kräfte auftreten können - die Dimensionen
sind aber auch da nicht gut zu erkennen.

[Volker Gringmuth]

Post by Johannes Lotz
Ich moechte mit einer Klasse 6 Dehnungsschleifen im
Schuelerexperiment untersuchen. (Dehnungsschleifen kann man z.B
in Industriegebieten bei Rohren sehen, durch die heisse
Fluessigkeit geleitet wird; In den Rohrverlauf sind Schleifen
gebogen, die die L"aengenausdehnung aufnehmen, damit die Rohre
nicht brechen)

Kenne ich auch unter "Entlastungsbögen".

Post by Johannes Lotz
Jetzt hatte ich mit gedacht, das evtl. mit Fahrradspeichen zu
machen, in die ich selber eine Schleife biege, und darunter 3-4
Teelichte. Rohre sind mir etwas zu diffizil zu biegen.

Wie Bodo schon sagte: Kupferrohrteile kaufen und zusammenstecken.
Mit Teflonband, Isolierband oder Neo-Fermit (plastische
Dichtmasse) ließe sich das wohl auch notdürftig dicht bekommen, um
abwechselnd kaltes/heißes Wasser hindurchzuleiten.

Post by Johannes Lotz
- Wie fixiere ich die Speichen an den Enden? Unsere
Physiksammlung gibt nicht genuegend Standfuesse und Klemmen
her um das 10-15 mal aufzubauen.

Kupferrohre würde ich mit Kabelschellen befestigen - nicht die
einfachen fragezeichenförmigen Nagelschellen, sondern die
zweiteiligen, wo ein Haltebogen auf ein Fußstück "aufgerastet"
wird und evtl. noch eine kleine Madenschraube zum Klemmen hat. Die
halten richtig fest. Eine links, eine rechts, Schleife frei.

Post by Johannes Lotz
- Wie mache ich moeglichst gut sichtbar, dass die
Dehnungsschleife zusammengedrueckt bzw auseinandergezogen
wird? Das ist ja nur im mm-Bereich.

Mit dem Lineal messen und dann in den richtigen Maßstab umrechnen
lassen.

Post by Johannes Lotz
Nebenbedingung ist immer, dass das Material einfach zu
beschaffen, einfach aufzubauen und billig ist (max 1-2 Euro pro
Versuch).

Hm. Das wird eng. Aber wenn Du es wirklich mit Rohrstücken, also
"lebensecht" machst, kannst Du evtl. größere Gruppen bilden ...

Post by Johannes Lotz
Fuer jeden aus Erfahrung gespeisten Kommentar, der zu einem den
Schuelern Spass machenden(m?) Experiment fuehrt, dankbar

Gut, da nicht aus Erfahrung gespeist, ziehe ich dieses Posting
hiermit zurück :)


vG

[Peter Niessen]

Post by Volker Gringmuth

Post by Johannes Lotz
- Wie mache ich moeglichst gut sichtbar, dass die
Dehnungsschleife zusammengedrueckt bzw auseinandergezogen
wird? Das ist ja nur im mm-Bereich.

Mit dem Lineal messen und dann in den richtigen Maßstab umrechnen
lassen.

Mein Tipp:
Sich an elementare physikalische Gesetze erinnern:
Balken -> Drehpunkt -> Spiegel + Lichtquelle.
Das gibt ein hochempfindliches Lichtzeiger-Messgerät mit dem sich noch
1/1000mm messen lässt. Dann ist auch ohne Mikroskop die Längenausdehnung
eines Stabes locker messbar. Macht man seit Jahrhunderten mit Erfolg ;-)
Auch die auftretenden Kräfte misst man locker mit so einer "Spiegelwaage"
Kraftarm mal Last usw. Elementarer geht es kaum.

[Johannes Lotz]

Post by Peter Niessen
Balken -> Drehpunkt -> Spiegel + Lichtquelle.
Das gibt ein hochempfindliches Lichtzeiger-Messgerät mit dem sich noch
1/1000mm messen lässt. Dann ist auch ohne Mikroskop die Längenausdehnung
eines Stabes locker messbar. Macht man seit Jahrhunderten mit Erfolg ;-)
Auch die auftretenden Kräfte misst man locker mit so einer "Spiegelwaage"
Kraftarm mal Last usw. Elementarer geht es kaum.

Abgesehen davon, dass das wohl ein Material- und Aufbauproblem wird
(1-2 Euro pro Versuch), verstellt das das Ziel des Versuches, naemlich
sich die Dehnungsschleifen anzuschauen.
Obige Variante nehme ich, wenn ich z.B. das Thema "Messen" im Unterricht
behandle.

Wie gesagt, eine quantitative Messung war nicht vorgesehen, hoechstens
als Gimmick fuer die schnellen Kinder. Aber dann muss sich das schnell
und einfach in den Versuch integrieren lassen.


Gruesse

Johannes

[Johannes Lotz]

Volker Gringmuth wrote:

[...hilfreiches]

Post by Volker Gringmuth
Gut, da nicht aus Erfahrung gespeist, ziehe ich dieses Posting
hiermit zurück :)

Mist!

Gruesse

Johannes