Aerodynamik von Fahrzeugen - RCL "Windkanal"

Schülerinnen und Schüler experimentieren per Fernsteuerung mit Modellautos zum Thema Luftwiderstand und Kraftstoffverbrauch beim Autofahren.
 

Zahlreiche Autohersteller haben in den letzten Jahren Millionenbeträge für die Modernisierung oder Errichtung neuer Windkanäle investiert. Ihr Ziel ist es, neben der Verringerung störender Windgeräusche (Aeroakustik) durch eine Reduzierung des Luftwiderstands (Aerodynamik) den Kraftstoffverbrauch und damit die Kohlenstoffdioxid-Emission von Kraftfahrzeugen zu senken. Mit dem RCL "Windkanal" ist ein über das Internet fernbedienbares Modellexperiment zur Untersuchung des Luftwiderstands an verschiedenen Modellautos kostenlos verfügbar. Lernende können damit selbst experimentieren und die physikalischen Grundlagen zum Thema Luftwiderstand erlernen.

 

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • Kenntnisse über den Energiestrom vom Benzintank zu weiteren "Energieverbrauchern" des Autos (zum Beispiel Klimaanlage, Radio) und über Fahrwiderstände erwerben.
  • Hypothesen zu den den Luftwiderstand bestimmenden Faktoren entwickeln und diese durch qualitative/halbquantitative Experimente überprüfen.
  • die Abhängigkeit des Luftwiderstands vom Widerstandsbeiwert und der Geschwindigkeit eines Autos quantitativ mit dem RCL "Windkanal" untersuchen.
  • das Einsparpotenzial an Kraftstoff durch Verminderung des Luftwiderstands der Fahrzeuge beurteilen können.
  • Maßnahmen zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs von Autos physikalisch begründen können.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

Thema"Windkanal" als Remotely Controlled Laboratory (RCL): Luftwiderstand und Kraftstoffverbrauch von Autos
AutorSebastian Gröber
FächerPhysik, Technik
ZielgruppeSekundarstufe II (Sekundarstufe I)
Zeitraumetwa 4 Unterrichtsstunden
Technische VoraussetzungenComputer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser
SoftwareTabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) oder Computeralgebrasystem (zum Beispiel Derive oder MuPAD) zur Darstellung und Auswertung von Messdaten

Didaktisch-methodischer Kommentar

Relevanz des Themas
Das Automobil steht in den Industriegesellschaften im Spannungsfeld zwischen Wirtschaftswachstum, Kostenverursacher und Statussymbol individueller Mobilität, Umweltverschmutzung und zukunftsfähiger Antriebssysteme. Schülerinnen und Schüler wachsen in diesem Spannungsfeld auf und erhalten von Eltern, Mitschülern, Lehrkräften, Freunden und Medien sehr vielfältige Information zum Thema "Automobil". Im Hinblick auf den Führerscheinerwerb entwickeln sie zu Beginn der gymnasialen Oberstufe ein verstärktes Interesse am Automobil.

Luftwiderstand am Automobil
Es bietet sich daher an, das Thema "Luftwiderstand" am Auto zu unterrichten und es in einen weiteren Kontext einzubinden, wie zum Beispiel dem des Kraftstoffverbrauchs. Die Unterrichtseinheit ist so strukturiert, dass die Ausgangsfragestellung "Warum und wozu benötigt ein Auto Kraftstoff?" zur Untersuchung des Luftwiderstands mit dem RCL führt. Ausgehend von der Formel für den Luftwiderstand werden dann wieder weiter gefasste Fragestellungen behandelt: "Wie hoch ist der Anteil des Luftwiderstands am Kraftstoffverbrauch?", "Wie kann eine energiesparende Fahrweise physikalisch begründet werden?".

  • Einsatzmöglichkeiten und  Unterrichtsverlauf
    Lehrplanbezug, Voraussetzungen und Einsatzmöglichkeiten der Materialien zum Windkanal-RCL, Hinweise zum Thema "Auto" in Schulbüchern und Unterrichtsverlauf

Download

windkanal_materialien.zip
 

Internetadresse

Zusatzinformationen

Informationen zum Autor

Sebastian Gröber arbeitet in der Physiklehrerausbildung an der TU Kaiserslautern und promoviert zum Thema "Remotely Controlled Laboratories". Er führt Lehrerfortbildungen zum Einsatz digitaler Medien im Unterricht durch.

  • Mehr Infos im Autorenverzeichnis
    Hier können Sie Kontakt mit Herrn Gröber aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.
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