Welche Bahn ist die schnellste? Welches Material rutscht am langsamsten?
WORUM GEHT ES?
In diesem Experiment rutschen runde Scheiben aus verschiedenen Materialien in geneigten Bahnen hinunter. In die Rückseiten der Bahnen sind in unterschiedlicher Anordnung Dauermagnete eingelassen. Es ist zu beobachten, dass sie dabei unterschiedlich stark abgebremst werden. Mehrere Besucher können gleichzeitig an den unterschiedlichen Bahnen die Erfahrungen mit den unterschiedlichen Scheiben machen, auch dabei im Wettbewerb gegeneinander antreten.
WESHALB IST DAS SO?
Die Scheiben bestehen aus verschiedenen Materialien, z.B. Kunststoff, Holz, Aluminium, Edelstahl, usw. Die Scheiben aus nicht-metallischen Werkstoffen wechselwirken nicht mit den Magnetfeldern der Dauermagnete, sie rutschen die Bahnen ungehindert hinab und sind die schnellsten. Aber bei der Bewegung z.B. einer Aluminiumscheibe über einen Magneten entstehenden Wirbelströme in der Aluminiumscheibe. Diese bauen ein Magnetfeld auf, das nach der so genannten Lenzschen Regel dem des Dauermagneten entgegengesetzt ist. Somit wird die Scheibe abgebremst und die kinetische Energie, die sie verliert, in Wärme umgesetzt.
Die Laufzeit der metallischen Scheiben wird von der Anzahl und der Lage der Magneten beeinflusst, von der Geschwindigkeit, mit der die Scheiben in die Magnetfelder eintreten, aber auch von der elektrischen Leitfähigkeit und dem Gewicht der Scheiben. Voraussagen sind schwierig, hier hilft nur systematisches Experimentieren.
Alltagsbezug
Mit einer Wirbelstrombremse kann man – wie der Name schon sagt – mithilfe von Wirbelströmen einen metallischen Gegenstand (z.B. eine Bremsscheibe) abbremsen, und zwar berührungslos und daher praktisch verschleißfrei. Genutzt wird das u.a. bei der Eisenbahnbremse.