Kleines U-Boot selber bauen?
Frohe Ostern und danke an alle die in diesen zeiten Zuhause beleiben. Ich muss in Physik ein kleines U Boot bauen. Es soll 40cm tief tauchen und nach 1 bis 3 Minuten selbstständig wieder auftauchen. Es darf Maximal 30•10•10 cm groß sein. Hat jemmand Ideen? Danke im voraus.
5 Antworten
Danke an iwolmis für die auch geschichtlich lehrreiche Ausführung! 🙂
Auch, Du Tellensohn beschreibst ein technisch recht perfektes U-Boot.
Hier nun meine Einlassungen zum Thema U-Boot. Also ...
Teil 1 der Aufgabe: Das U-Boot soll tauchen. OK, dann lassen wir einen Balasttank (kleine Plastikflasche o. ä.) voll laufen, bis es untergeht.
Teil 2: Das U-Boot soll 40 cm unter der Wasserlinie stehen. Es könnte sein, dass unser Balasttank nicht groß genug ist, um diese Tiefe zu erreichen. Ansatz 1: Größerer Tank (größere Flasche). Ansatz 2: Gewichte ans Boot hängen. Beim 2. Ansatz darf natürlich die generelle Schwimmfähigkeit nicht "torpediert" werden ...
Es könnte auch sein, dass die Flasche/der Tank zu schwer wird. Dann füllen wir ihn halt mit wasserfesten Schwimmmaterial auf, bis nur soviel Wasser eindringen kann, dass es nicht zu schwer wird. Als Füllmaterial kämen Verpackungsstyroporflocken oder Bläschenfolien ad idem in Frage.
Teil 3: Das Wiederauftauchen. Jetzt betreiben wir mal etwas Reverse-Engineering an der Aufgabe ... Hm. Die Zeit erinnert mich an die Auflösezeit von Brausetabletten. Probier das doch mal: Weiter oben in der Flasche klebst Du ein paar Brausetablette fest, sobald das Wasser so hoch gestiegen ist, fangen sich diese an aufzulösen und verdrängen wieder das Balastwasser. Dazu aber eine generelle Überlegung: Damit Brausetabletten zum Anheben des Bootes reichen, darf die gesamte Konstruktion nicht zu schwer sein, vermutlich dürfte sie fast nur aus der Plastikflasche bestehen.
Und nun bist Du dran, diese vielen Ansätze in eine Experimentreihe umzusetzen. Viel Spaß!
So wie in US bei Prohibition. Eine Whisky- Flasche. Als Ballast kleinen Sack mit Zucker oder Zuckerwürfeln. Nach ein paar Minuten ist Zucker weg und U-Boot Whisky schwimmt wieder an die Oberfläche. Prost. Also mehrmals ausprobieren, da Gewicht von Whisky ist enorm wichtig :-)
Salue
Schade gab es bei uns damals noch keine Lehrer, die uns die Physik mit solchen pratischen Aufgaben beigebracht haben. Schlicht genial diese Aufgabenstellung!
Nun, Du weisst wie ein U-Boot funktioniert? Neben der dichten Röhre hat es Schwimmtanks. Diese haben unten eine Öffnung und oben ein Klappe, die man von innen betätigten kann. Ist die obere Klappe zu, bleibt Luft im Schwimmtank, da durch die Öffnung unten kein Wasser eindringen kann. Öffnet man die obere Klappe, kann die Lust oben raus und Wasser von unten kann in die Schwimmtank eindringen, der Auftrieb wird kleiner, das U-Boot sinkt ab.
Will man auftauchen, braucht man Pressluft um das Wasser unten aus dem Schwimmtank herauszudrücken. Es gibt Auftrieb, das Boot steigt an die Oberfläche.
Du konstruierst das Boot so, dass es nur knapp schwimmt (Gewichte). Der untere Verschluss am Schwimmkörper schliesst Du mit einem kleinen Karton, besser noch mit einigen Schichten WC-Papier. WC Papier ist so gemacht, dass es reissfest ist wenn es trocken ist, wenn es aber nass wir löst es sich auf.
Das heisst also, das Boot schwimmt solange, bis das WC-Papier aufgelöst ist, dann dringt etwas Wasser in die Schwimmtank von unten ein. Das Boot sind auf den Grund des Beckens (40 cm).
Die Verbindung zwischen Bootkörper und Schwimmtank ist ebenfalls ein kleine Bohrung. Den Überdruck im Boot erzeugst Du entweder mit einer Kerze (die solange brennt bis der Sauerstoff verbraucht ist) oder einen heissen Stein. Beides erhöht den Luftdruck in der Röhre (denn die heisse Luft erzeugt einen Überdruck. Ausgleichen kann es den nur über die Schwimmkörper, diese pressen dann den Überdruck in die Schwimmtanks, das Wasser wird verdrängt, das Boot steigt an die Oberfläche.
Du musst natürlich etwas pröbeln bis die Abstimmung stimmt.
Viel Spass bei den Experimenten in der Badewanne.
Dein
Tellensohn
wow :D
na, ihr habt ja spannenden Unterricht; das gab es leider nicht bei mir zu meiner Zeit :(
im Grunde taucht ein Uboot dadurch auf, dass man Auftrieb erzeugt durch Ausblasen der Tanks oder durch Verstellung der Tiefenruder bei gleichzeitigen Antrieb; letzteres sorgt hat für langsameres Auftauchen.
das müsstest dann allerdings fernsteuern bei deinem Dingens und das ist nicht erlaubt ?
Soll die Tauchtiefe kontrolliert, also gehalten werden? Dann brauchst du eine Regelkreis.
Regelkreis, hier Whisky saufen oder mehr Zucker in Sack geben. Theoretisch muss das funktionieren, laut dem was in Kybernetik studiert habe :-) Leider es ist nicht ganz stabile Regelkreis :-)