Luftkissenscheibe aus dem 3D-Drucker – Low-Cost-Kinematik-Experimente

Experimente zur Kinematik sind fester Bestandteil von Physikunterricht. Oftmals werden hierfür aber laute und unhandliche Luftkissenbahnen als Demonstrationsexperiment verwendet. Im Artikel „Mechanik pur: Luftkissen-Experimente ohne Kompressor“ beschreiben Kai Müller und Rudolf Müller einfache Luftkissen-Experimente ohne Kompressor und somit ohne störende Geräuschkulisse mit einer Luftkissenscheibe aus Aluminium. Hierbei erzeugt ein Luftballon das nötige Luftpolster unter der Scheibe.

Solch eine Luftkissenscheibe kann auch recht einfach und günstig mit Hilfe eines 3D-Druckers hergestellt werden. Die von uns erstellte STL-Datei der Luftkissenscheibe hat sechs Aufnahmen für M12-Muttern, mit der die Masse der Luftkissenscheibe variabel verändert und somit Experimente zu elastischen Stößen mit Luftkissenscheiben gleicher oder unterschiedlicher Massen in der Ebene durchgeführt werden können.

Luftkissenscheibe aus dem 3D-Drucker mit M12-Muttern als Zusatzmasse.

In dem nachfolgenden Video werden die Luftkissenscheiben vorgestellt:

 

Konstruktion und Ausdruck

Die Konstruktion mit Hilfe 3D-Software sowie Einsatzmöglichkeiten sind im Artikel „Von der Idee zum Produkt – Experimente aus dem 3D-Drucker“ im MNU Journal beschrieben. Die STL-Dateien für den 3D-Drucker finden Sie nachfolgend. Nach dem Druck muss ggf. das Loch aufgebohrt werden. M12-Muttern passen in die Aufnahmen für die Massestücke. Beste Ergebnisse erhält man mit eher kleineren Luftballons.

Luftkissenscheibe_2021_Bohrung_1.5mm.stl

Experimente

Es lassen sich verschiedene qualitative und quantitative Experimente mit den Luftkissenscheiben durchführen. In dem Artikel „Low Cost Kinematik-Experimente – Mit Luftkissenscheiben aus dem 3D-Drucker.von Schlummer, Paul und Pusch, Alexander sind Experimente und Auswertungen mit Hilfe der Videoanalyse Tracker beschrieben. Es wird dabei u.a. untersucht, ob der Stoß elastisch ist und wie groß der Reibungsanteil der Luftkissenscheiben ausfällt.

In dem nachfolgenden Video sind typische Fehler, die beim Experimenten gemacht werden können, gezeigt.

Videos zur Auswertung mit Tracker

In den nachfolgenden Videos beinhalten zusammengeschnittene Sequenzen geradlinige Bewegungen und Stöße mit unterschiedlichen Massen der Luftkissenscheiben. Sie können die Grundlage für eigene Auswertungen z.B. mit dem Videoanalysetool Tracker dienen.

Elastischer Stoß

Geradlinige Bewegung

Schiefe Ebene

Bezugsmöglichkeit für Luftkissenscheiben

Die Luftkissenscheiben können auf nahezu jedem FDM-3D-Drucker ausgedruckt werden (STL s. oben). Das Euregio-Gymnasium in Bocholt hat eine Schülerfirma gegründet, die in Lizenz die Luftkissenscheiben samt Zubehör fertigt und vertreibt. Bei Interesse nehmen Sie Kontakt mit Herrn Marcus Siverdingbeck auf (sieverdingbeck@euregio-gymnasium.de)

Publikationen und weitere Informationen

  • Pusch, Alexander & Bruns Carsten (2018) Von der Idee zum Produkt – Experimente aus dem 3D-Drucker. In: MNU Journal 1.2018, 14-19.
  • Schlummer, Paul & Pusch, Alexander (2019). Low Cost Kinematik-Experimente – Mit Luftkissenscheiben aus dem 3D-Drucker. In: V. Nordmeier & H. Grötzebauch (Hrsg.) PhyDid B, Didaktik der Physik, Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung in Würzburg 2018. Berlin.

Die ursprüngliche Idee zu den Luftkissen-Experimenten stammt u.a. von:

  • Müller, Kai & Müller, Rudolf (2017). Mechanik pur: Luftkissen-Experimente ohne Kompressor. In: MNU Journal 3.2017, 169-171.

Für weitere Informationen wenden Sie sich an Alexander Pusch

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