Demonstrations-Loopingbahn, einfach oder doppelt – CENTRA
🚚 KOSTENLOSER VERSAND
inkl. MwSt.
Das Labor Lehrmaterial Wie hoch muss die Kugel gestartet werden, damit sie den Looping schafft? Diese Looping-Demonstrationsschiene verwandelt diese Frage in ein Experiment. Ihre V-förmig profilierten Aluminiumschienen führen von einer langen Anlauframpe durch eine oder zwei vertikale Schleifen und münden schließlich in ein Auffangnetz, das die Kugel am Ende stoppt. Das Ganze ist auf einem ca. 40 cm langen Holzsockel montiert. Es werden zwei Versionen angeboten: der einfache Looping für eine direkte Vorführung oder der Doppel-Looping, der einen großen Kreis mit etwa 7 cm Radius mit einem kleinen von etwa 3,5 cm kombiniert, um die Durchlaufschwellen zu vergleichen. Laut Anleitung wird der Demonstrator mit einer Stahlkugel und einer Kunststoffkugel von 2,5 cm Durchmesser geliefert: genau das Richtige, um den Einfluss der Masse zu testen und festzustellen, dass sie nahezu keinen Unterschied macht. Energieerhaltung, Mindestgeschwindigkeit am Scheitelpunkt, Reibung: Jeder Start wird zur Messung, jeder Fehlversuch zur zu überprüfenden Hypothese.
Erhältliche Versionen
Energie, Höhe und kritische Geschwindigkeit
Wird die Kugel am oberen Ende der Rampe losgelassen, besitzt sie eine potenzielle Energie, die proportional zu ihrer Höhe ist. Beim Herunterrollen wird diese Reserve in kinetische Energie umgewandelt. Ein Teil dieser Energie wird dann wieder investiert, um im Looping an Höhe zu gewinnen. Die Bilanz, die von Physikern des 19. Jahrhunderts als Erhaltung der mechanischen Energie aufgestellt wurde, ermöglicht es – abgesehen von Reibungsverlusten –, die Geschwindigkeit der Kugel an jedem Punkt der Bahn vorherzusagen.
Am höchsten Punkt des Kreises stellt sich einzig die Frage, ob die Kugel schnell genug ist, damit die Kurvenbahn befahren werden kann: Es gilt v² ≥ g·R. In Verbindung mit der Energiebilanz ergibt diese Bedingung eine minimale Starthöhe vom 2,5-Fachen des Radius für ein Objekt, das gleitet, und vom etwa 2,7-Fachen des Radius für eine Vollkugel, die rollt, da sie auch Energie in ihrer Rotation speichert. Mit zwei Loopings unterschiedlicher Radien lässt sich überprüfen, dass der kleine Kreis bereits von einem deutlich niedrigeren Startpunkt aus durchfahren werden kann als der große.
Was dieser Demonstrator bietet
Das Praktikum in seiner eleganten Version
In den Schulen vergangener Zeiten waren die physikalischen Kabinette mit Demonstrationsgeräten aus Holz und Messing ausgestattet, die so konzipiert waren, dass die ganze Klasse das Phänomen vom hinteren Ende des Raums aus beobachten konnte. Diese Looping-Schiene steht in dieser Tradition: ein solider Holzsockel, präzise Aluminiumschienen, ein Aufbau, der schon von weitem verständlich ist.
Doch ihre wahre Stärke liegt anderswo: Sie lädt zum Messen ein. Die Starthöhe markieren, das Ergebnis notieren, es ein Stück tiefer versuchen, den großen und den kleinen Looping vergleichen, die Stahlkugel gegen die aus Kunststoff austauschen. In einer halben Stunde vollziehen die Schüler den intellektuellen Weg der Wissenschaftler nach, die die Mechanik begründeten: beobachten, vermuten, überprüfen. Und zu Hause bleibt das Objekt faszinierend, besonders wenn die Kugel am Scheitelpunkt kurz zögert.
Protokoll in vier Schritten
Vergleich der beiden Versionen
| Kriterium | Einfacher Looping | Doppel-Looping |
|---|---|---|
| Anzahl der Loopings | Einer | Zwei, mit unterschiedlichen Radien |
| Angegebener Radius/Radien | Für diese Version nicht angegeben | ≈ 7 cm und ≈ 3,5 cm |
| Schiene | Aluminium mit V-Profil | Aluminium mit V-Profil |
| Sockel | Holz, ≈ 40 cm | Holz, ≈ 40 cm |
| Kugeln (Anleitung) | Stahl und Kunststoff, Ø 2,5 cm | Stahl und Kunststoff, Ø 2,5 cm |
| Haupt-Experiment | Minimale Durchlaufhöhe finden | Radius-Effekt auf die Schwelle vergleichen |
| Zielgruppe | Entdeckung, Mittelstufe, Schreibtisch | Oberstufe, Studium, Enthusiasten |
Lust auf weitere mechanische Phänomene? Unsere Rubrik Physik und Bewegung vereint Pendel, Motoren und Demonstratoren, die dieses Schienensystem ideal ergänzen.
Gut zu wissen: Die Looping-Radien und der Durchmesser der Kugeln entsprechen den Angaben in der Herstelleranleitung; die Länge des Sockels wurde anhand eines Fotos geschätzt. Der Hersteller macht keine Angaben zur Gesamthöhe, zum Gewicht oder dazu, ob das Gerät zusammengebaut geliefert wird.
Tipp: Filmen Sie die Durchläufe in Zeitlupe mit einem Smartphone, das gegenüber dem Looping platziert ist. Bild für Bild sieht man deutlich, wie die Kugel am Scheitelpunkt langsamer wird und manchmal leicht von der Schiene abhebt, kurz bevor sie den Kontakt verliert: ein hervorragendes Anschauungsmaterial für einen Versuchsbericht.
Technische Daten
| Typ | Looping-Demonstrationsschiene (Zentripetalkraft) |
| Versionen | Einfacher oder Doppel-Looping |
| Schienen | Aluminium, V-Profil |
| Looping-Radius (Doppel-Version) | ≈ 7 cm und ≈ 3,5 cm (Anleitung) |
| Kugeln (Anleitung) | 1 Stahlkugel und 1 Kunststoffkugel, Ø 2,5 cm |
| Sockel | Holz |
| Sockellänge | ≈ 40 cm (Foto-Schätzung) |
| Ankunft | Kugel-Auffangnetz |
| Funktionsweise | Schwerkraft, ohne Stromversorgung |
| Themen | Energieerhaltung, Zentripetalkraft, Mindestgeschwindigkeit |
| Höhe / Gewicht | Nicht angegeben |
Sicherheitshinweise: Die Kugeln sind Kleinteile: Nicht für Kinder unter 3 Jahren geeignet; bei Kindern sollte ein Erwachsener das Experiment stets beaufsichtigen. Die Stahlkugel kann bei einem Sturz den Boden oder empfindliche Gegenstände beschädigen: Arbeiten Sie über einem Tisch. Biegen Sie die Schienen nicht, da deren Form entscheidend für den Erfolg der Durchläufe ist.
Ein Geschenk für wissbegierige Köpfe
Dieser Demonstrator bereitet Physiklehrkräften Freude, die ihren Unterricht auffrischen wollen, sowie Schülern der Oberstufe, Mitgliedern wissenschaftlicher Vereine oder Eltern, die gerne mit ihren Teenagern experimentieren. Es ist zudem ein originelles Geschenk für Maschinenbauingenieure oder Achterbahnfans.
Entdecken Sie passend zum Set alle Labor-Wissenschaftsobjekte oder ein Puzzle aus unserer Auswahl Geduldspiele und Schreibtisch-Objekte.
Häufige Fragen
Soll ich den einfachen oder den Doppel-Looping wählen?
Alles hängt davon ab, was Sie zeigen möchten. Der einfache Looping reicht aus, um die Zentripetalkraft zu veranschaulichen und die minimale Starthöhe zu ermitteln: Dies ist die übersichtlichste Version für eine erste Entdeckung oder den Schreibtisch. Der Doppel-Looping fügt eine wertvolle Vergleichsebene hinzu: Mit einem großen Kreis von etwa 7 cm Radius und einem kleinen von etwa 3,5 cm zeigt er konkret, dass die Durchlaufschwelle vom Radius abhängt. Für den Unterricht, in wissenschaftlichen Vereinen oder für Enthusiasten, die gerne experimentieren, bietet die Doppel-Version deutlich mehr Möglichkeiten.
Wozu dienen die zwei mitgelieferten Kugeln?
Laut Anleitung wird der Demonstrator mit einer Stahlkugel und einer Kunststoffkugel vom gleichen Durchmesser (2,5 cm) geliefert. Ihr Vergleich veranschaulicht ein Ergebnis, das oft überrascht: Die Durchlaufbedingung am Scheitelpunkt hängt nicht von der Masse ab. In der Tat erscheint die Masse in beiden Seiten der Energie- und Kraftgleichungen und kürzt sich heraus. In der Praxis können leichte Unterschiede auftreten, da die leichte Kugel empfindlicher auf Reibung und kleine Unregelmäßigkeiten der Schiene reagiert. Das Diskutieren dieser Abweichungen ist einer der pädagogischen Vorteile des Experiments, da man lernt, zwischen theoretischem Modell und tatsächlicher Messung zu unterscheiden.
Aus welcher Höhe muss die Kugel losgelassen werden?
Die Theorie gibt einen klaren Anhaltspunkt. Für ein Objekt, das reibungsfrei gleitet, muss der Startpunkt mindestens beim 2,5-Fachen des Radius des Loopings liegen, gemessen vom tiefsten Punkt des Kreises. Für eine Vollkugel, die rollt, erhöht die in ihrer Eigenrotation gespeicherte Energie die Schwelle auf etwa das 2,7-Fache des Radius. Bei einem Looping mit 7 cm Radius entspricht das einer Starthöhe von knapp unter 19 cm. Die tatsächliche Reibung erhöht diesen Wert weiter: Genau das ist der Reiz daran, ihn zu messen und mit der theoretischen Berechnung zu vergleichen.
Für welche Schulstufe ist der Demonstrator geeignet?
Er passt sich vielen Stufen an. In der Mittelstufe begnügt man sich damit, den Zusammenhang zwischen Höhe und Geschwindigkeit zu beobachten und Hypothesen aufzustellen. In der Oberstufe veranschaulicht er die Erhaltung der mechanischen Energie und die Kräfte bei einer Kreisbewegung. Im Studium erlaubt er die Einbeziehung der Rotationsenergie der Kugel und die Analyse von Reibungseffekten. Er funktioniert auch sehr gut in der wissenschaftlichen Bildungsarbeit oder zu Hause mit neugierigen Teenagern. Bei kleinen Kindern ist die Anwesenheit eines Erwachsenen unerlässlich, da die Kugeln Kleinteile sind, die nicht in die Hände von unter Dreijährigen gelangen dürfen.
Wozu dient das Netz am Schienenende?
Das Auffangnetz stoppt die Kugel nach ihrem Parcours. Ohne dieses würde eine Kugel, die mit voller Geschwindigkeit startet, den Sockel verlassen und über den Tisch rollen oder gar auf den Boden fallen. Es macht die Versuchsreihen viel flüssiger: Man nimmt die Kugel nach jedem Start an derselben Stelle entgegen, notiert das Ergebnis und beginnt sofort wieder. Es ist zudem eine Sicherheitsmaßnahme, besonders bei der schwereren Stahlkugel, die Parkett beschädigen oder zerbrechliche Gegenstände treffen könnte. Halten Sie den Bereich vor dem Netz einfach frei, damit die Kugel problemlos hineinrollen kann.
Warum sind die Schienen V-förmig?
Das V-Profil erzeugt zwei Kontaktpunkte zwischen Kugel und Schiene. Die Kugel wird so natürlich zentriert und über die gesamte Streckenlänge geführt, auch im umgekehrten Teil des Loopings, wo eine flache Schiene ein seitliches Abweichen zulassen würde. Diese Führung verbessert die Reproduzierbarkeit der Versuche: Bei gleicher Starthöhe folgt die Kugel bei jedem Start der gleichen Bahn, was für das Messen der Durchlaufschwelle unerlässlich ist. Das Aluminium, leicht und steif, behält seine Form gut bei. Ein regelmäßiges Abstauben mit einem trockenen Tuch genügt, um die Laufqualität zu bewahren.
Wird der Demonstrator montiert geliefert?
Der Hersteller gibt nicht an, ob das Gerät komplett montiert verschickt wird oder ob einige Elemente, wie das Netz oder die Schienen, nach Erhalt auf dem Sockel befestigt werden müssen. Wir möchten keine Aussagen treffen, die wir nicht garantieren können. Die Fotos zeigen jedenfalls ein einfaches Set, bestehend aus Holzsockel, Aluminiumschienen und Auffangnetz, ohne Mechanismus oder Elektronik. Wenn diese Information für Sie entscheidend ist, etwa um eine praktische Übung zu einem bestimmten Termin vorzubereiten, kontaktieren Sie uns bitte vor Ihrer Bestellung, und wir werden Ihnen mit den uns vorliegenden Informationen weiterhelfen.
