Bald schon kommt der Weihnachtsmann. Dieses Jahr sucht er nach einer Lösung, um die Geschenke aus sicherer Entfernung und noch schneller ausliefern zu können. Er könnte die Päckchen direkt aus dem Schlitten abwerfen. Aber dann würden sie bestimmt im freien Fall, vom Gravitationsfeld der Erde beschleunigt, zu schnell vor den Türen „landen“. Damit keines der sensiblen Geschenke beim Aufprall kaputt geht wird eine Bremse gebraucht!

Vielleicht lässt sich da etwas machen. Der Weihnachtsmann braucht Deine Hilfe beim Experimentieren…

Das brauchst Du für das Experiment

  • ein Blatt Küchentuch oder ein Taschentuch
  • Heftklammern
  • ein schweres „Geschenk“, z.B. Muttern aus Metall der Größe M6 bis M8
  • Bindfaden
  • Schere, Lineal

Und so geht es

Schneide vier gleich lange Stücke Bindfaden ab. Ungefähr 35 – 40 cm lang. Mache an jedem Faden am Ende eine Schlaufe, also einen Knoten der noch offen ist.

Zwirbel eine Ecke des Küchentuches oder Taschentuchs zwischen Daumen und Zeigefinger und stecke es in die Schlaufe. Dann ziehe die Schlaufe zu.

Mach zur Sicherheit noch einen Knoten um die Schlaufe. Wiederhole dieses für alle Ecken.

Nun verknote die Enden der Fäden auf gleicher Länge. Befestige nun die Büroklammer an dem gemeinsamen Knoten. Sie dient als Aufhängung für „Geschenke“.

Beginne Dein Experiment mit einer kleinen Mutter

Stelle Dich auf einen Stuhl, fasse den Fallschirm oben an und dann lasse ihn los.

Beobachte den Fallschirm und merke dir was du gesehen hast. Du kannst das Experiment mit wiederholen und dabei ein paar Parameter verändern. Wie wirken sie sich aus? Zum Beispiel:

  • Eine schwerere Mutter oder mehrere Muttis als Gewicht?
  • Ein dreieckiges statt eines viereckigen Tuches? Oder doch fünf Ecken?
  • Küchentuch oder Taschentuch?
  • Ein größeres oder kleineres Tuch?
  • Längere oder kürzere Fäden?

Was passiert? Warum ist das so?

Der Weihnachtsmann hofft, dass Eure Geschenke so langsamer fallen und sanfter landen. Bestätigen dies Deine Experimente? Was kannst Du ihm empfehlen für die Konstruktion des Fallschirms?

Naiv gedacht: Unter dem Fallschirm bildet sich ein Luftpolster, welches den Fallschirm mit den Gewichten langsam zu Boden gleiten lässt. Ganz so einfach ist es dann aber doch nicht, weil die Luft so flüssig ist, dass sie sich nicht wirklich unter dem Fallschirm sammeln lassen will. Da müsste man sie schon hineindrücken 😉

Strömungssimulation eines Fallschirms von Xiaolin Li an der Stony Brook Universität in New York.

Mit dem Druck hat es aber doch zu tun. Die Luft ist doch auch etwas Viskos, wenn auch nicht so dickflüssig wie Wasser oder gar Honig. Wenn die Luft am Fallschirm vorbei strömt, kann sie hinter dem Fallschirm nicht gleich wieder zusammen kommen. Stattdessen bilden sich dort Wirbel – so wie manchmal im Fluß hinter Brückenpfeilern. Durch diese Wirbel bewegt sich die Luft langsamer auf der Rückseite und es fällt der Luftdruck. Dadurch entsteht ein Druckunterschied zwischen beiden Seiten des Fallschirms. Die daraus resultierende Druckwiderstandskraft wächst mit dem Druckunterschied und der Fläche des Fallschirms.

Und der Druckunterschied wächst mit der Fallgeschwindigkeit. Irgendwann fällt das Gewicht mit dem Fallschirm so schnell, dass die Druckwiederstandskraft so groß wie die Erdanziehungskraft ist. Beide Kräfte wirken gegeneinander und heben sich auf. Dann kann die Geschwindigkeit nicht weiter wachsen.

Geschichten…

Bestimmt hatten die Menschen zu allen Zeiten Ideen für solche Fallschirme. Die erste halbwegs funktionierende Konstruktion zeigt eine Zeichnung aus Italien mit einem Kegel aus Holz aus dem Jahr 1470. Leonardo da Vinci hat die Idee zu einer größeren Pyramide verbessert und 1485 veröffentlicht. Dann sind sicherlich viele Leute damit auf die Nase gefallen bis der kroatische Gelehrte Faust Vrancic die Holzkonstruktion durch ein Segeltuch ersetzt hat. Eine Zeichnung gibt es in seinem Buch „Machinae Novae“ von 1616.

Aber erst der Franzose Louis-Sébastien Lenormand sprang 1783 in Montpellier tatsächlich mit einem selbst konstruierten Fallschirm und überlebte das Ganze. Seit dem war Fallschirmspringen groß in Mode, sicherlich auch weil mit den Gas- und Heißluftballons gesteigertes Interesse an einer sicheren Landung entstand. 1785 wurde so in Frankfurt am Main erfolgreich ein Hund von Jean-Pierre Blanchard aus einem Ballon geworfen, dann ein Jahr später in Hamburg ein Schaf. 1797 sprang dann der Franzose André-Jacques Garnerin aus einem selbstgebauten Wasserstoffballon aus 400 Meter Höhe über Paris ab.

Die spinnen, die Franzosen? Aber sie hatten sicherlich Spaß dabei.

Hundert Jahre später wurde die deutsche Luftfahrt-Pionierin Käthe Paulus mit ernsthafteren Überlegungen berühmt. Sie erfand den zusammenfaltbaren Fallschirm und führte damit mehr als 100 sogenannte „Fallschirm-Abstürze“ aus über 1000 m Höhe durch.

Andere kühne Pilotinnen wie Elly Maria Frida Rosemeyer-Beinhorn, Hanna Reitsch und Beate Rotermund-Uhse waren sicherlich glücklich über diese Erfindungen…


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