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Bauen, erleben, begreifen: Technikgeschichte mit fischertechnik 16 Meilensteine zum Nachbauen von Fox, Dirk (eBook)

  • Erscheinungsdatum: 11.11.2015
  • Verlag: dpunkt
eBook (PDF)
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Bauen, erleben, begreifen: Technikgeschichte mit fischertechnik

Unternehmen Sie eine Reise durch die Geschichte der Technik - von der Frühzeit bis in das zwanzigste Jahrhundert. Dirk Fox und Thomas Püttmann stellen Ihnen 16 Meilensteine herausragender technischer Innovationen der Menschheit, ihre Geschichte und ihre Erfinder vor - vom Flaschenzug über die Uhr, die Rechenmaschine, die Dampfmaschine bis zum Hubschrauber. Diese Erfindungen prägen den technischen Fortschritt bis heute. Anhand von fischertechnik-Modellen vermitteln die Autoren die Funktionsweisen und technischen Hintergründe dieser herausragenden Errungenschaften. Durch ihre Einbettung in den geschichtlichen Kontext veranschaulichen sie die Herausforderungen, die die Erfinder zu bewältigen hatten, und unterstreichen ihre Bedeutung für die weitere Entwicklung. Zahlreiche Fotos und Abbildungen illustrieren die Ausführungen. Die Modelle eignen sich nicht nur zum Nachbauen, sondern auch für den Einsatz im Physik-, Mathematik-, Technik- oder Geschichtsunterricht und regen zur Entwicklung eigener Varianten an. Der Aufbau der fischertechnik-Modelle wird im Buch beschrieben; detaillierte 3D-Bauanleitungen stehen Ihnen zudem auf der Buch-Webseite zum Download zur Verfügung. Wer die fischertechnik-Modelle nachbaut, gewinnt ein tieferes Verständnis der Technik und ihrer Geschichte - und lernt spielerisch einige wesentliche technische Grundlagen kennen. In der "edition Make:" erscheinen Titel, die vom dpunkt.verag gemeinsam mit der Redaktion der Zeitschrift "Make:" ausgewählt werden. Inhaltliche Schwerpunkte dieser Reihe sind Maker"-Themen. Dirk Fox ist Informatiker, Gründer und Geschäftsführer eines Beratungsunternehmens für IT-Sicherheit, Herausgeber einer Fachzeitschrift für Datenschutz und Datensicherheit, Vorstand eines großen IT-Netzwerks - und begeisterter "fischertechniker". Er gibt die fischertechnik-Zeitschrift "ft:pedia" heraus und setzt sich für den Ausbau des Technikunterrichts an deutschen Schulen ein - mit fischertechnik. Thomas Püttmann ist außerplanmäßiger Professor für Mathematik an der Ruhr-Universität Bochum. Zur Vermittlung von Themen aus den Bereichen Mathematik, Technik und Naturwissenschaften entwickelt er gezielt lehrreiche Modelle, wenn möglich aus fischertechnik. Als echter Mathematiker optimiert er seine Konstruktionen so lange, bis man keinen Stein mehr weglassen oder verschieben kann. Regelmäßig schreibt er Beiträge für die ft:pedia.

Produktinformationen

    Format: PDF
    Kopierschutz: watermark
    Seitenzahl: 364
    Erscheinungsdatum: 11.11.2015
    Sprache: Deutsch
    ISBN: 9783864917912
    Verlag: dpunkt
    Größe: 52252 kBytes
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Bauen, erleben, begreifen: Technikgeschichte mit fischertechnik

1 Der Flaschenzug

Schon in der Frühzeit der Menschheitsgeschichte war die Überwindung der Begrenztheit menschlicher Kraft eine der großen Herausforderungen. Vor über 2000 Jahren entdeckten die Menschen eine technische Lösung, um selbst tonnenschwere Gegenstände, wie z. B. große Steinblöcke, mit Menschenkraft anzuheben.

Abb. 1-1 Kuppel des Doms von Florenz, Zeichnung von Filippo Brunelleschi (um 1419)

In einer Zeit, in der als Kraftquelle nur die Muskelkraft von Mensch und Tier zur Verfügung stand, war die Entdeckung einer Mechanik, mit der es gelang, die Kraftwirkung zu vergrößern, von größter Bedeutung. Neben dem Hebelgesetz, das bereits in der Antike von dem griechischen Mathematiker und Physiker Archimedes von Syrakus (287-212 v. Chr.) aufgestellt wurde und die Grundlage der Mechanik bildet, revolutionierte die Erfindung des Flaschenzugs die Bautechnik. Mit Flaschenzügen gelangen in der Antike und Renaissance architektonische Leistungen wie das Colosseum in Rom oder die Kuppel des Florenzer Doms von Filippo Brunelleschi (1377-1446), bis heute beeindruckende Meisterwerke.

Die Funktion eines Flaschenzugs - dessen Bezeichnung übrigens nichts mit Gefäßen für Flüssigkeiten zu tun hat, sondern von den Rollenhalterungen stammt, die dieselbe Bezeichnung trugen - ist schnell erklärt. Die für eine bestimmte Hubarbeit - das Anheben eines bestimmten Gewichts um eine definierte Höhe - erforderliche Kraft lässt sich über die Länge des zu überwindenden Hubwegs steuern, da die Hubarbeit als Produkt aus Kraft und Weg berechnet wird: Mit einem längeren Hubweg benötigt man weniger Kraft für dieselbe Hubarbeit.

Ein Flaschenzug verlängert nun künstlich den Hubweg, genauer: die Länge des für die Leistung der Hubarbeit aufzuwickelnden Zugseils. Damit ist weniger Kraft für die Hubarbeit erforderlich. Der Preis, den man für diese " Kraftverstärkung " zahlt: Man muss länger ziehen oder kurbeln.

Abb. 1-2 Flaschenzug
Faktorenflaschenzug

Wenn wir heute von einem Flaschenzug sprechen, meinen wir in der Regel einen Faktorenflaschenzug , der die Seillänge durch "Schlingen" und Seilrollen künstlich verlängert.

Schon ein einfacher Flaschenzug mit einer Schlinge verdoppelt die Länge des Zugseils und halbiert damit die benötigte Kraft: Ein Mensch, der maximal 50 kg bewegen kann, kann mit einem solchen Flaschenzug bis zu 100 kg Last anheben.

Abb. 1-3 Römischer Trispastos nach Vitruv

In der Antike wurden Flaschenzüge von Griechen und Römern in einfachen Kränen eingesetzt. Der römische Ingenieur Marcus Vitruvius Pollo (ca. 80-15 v. Chr.) beschrieb den zu seiner Zeit verbreiteten Trispastos , einen einfachen Kran mit Drei-Rollen-Flaschenzug, der die Kraft des Bedieners mit einem zusätzlichen Hebel an der Winde insgesamt etwa verzwölffachte ( Abb. 1-3 ).

Solche Flaschenzüge waren wahrscheinlich schon seit etwa 750 v. Chr. bekannt und kamen auf Baustellen und im Theater zum Einsatz. Dabei sorgte der Flaschenzug für eine Verdreifachung der Kraftwirkung; der Hebel an der Winde (Haspel) bewirkte eine zusätzliche Vervielfachung der Kraft des Bedieners.

Abb. 1-4 fischertechnik-Modell eines Trispastos

Die beeindruckende Wirkung eines solchen "Kraftverstärkers" lässt sich durch einen Nachbau des Trispastos in fischertechnik demonstrieren. Abb. 1-4 zeigt ein Modell, das einen Verstärkungsfaktor von etwa 18 besitzt. Problemlos kann man mit dieser einfachen Konstruktion eine mit Gewindestangen gefüllte Kiste (450 g) hochziehen.

Die Krafteinsparung (oder -verstärkung) lässt sich mit weiteren "Schlingen" vergrößern: Die für die Hubarbeit benötigte Kraft FZ sinkt bei n Seilwegen (= Seilrollen) auf ein n -tel der Gewichtskraft der Last FL :

Daher liegt es n

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