Heben Sie Wasser mit einer archimedischen Schraube an

Jul 01, 2023

Ein der Schwerkraft trotzendes Wissenschaftsprojekt von Science Buddies

Schlüssel KonzeptePhysikFlüssigkeitenGeometrieIngenieurwesen

Einführung Können Sie sich eine Möglichkeit vorstellen, Wasser bergauf fließen zu lassen – ohne Strom zu verbrauchen? Die alten Griechen haben herausgefunden, wie man genau das macht! Sie entwickelten ein Gerät namens Archimedes-Schraube, um Wasser von einem Ort zum anderen zu befördern. Dieses Tool ist so nützlich, dass es auch heute noch weit verbreitet ist. In dieser Aktivität bauen Sie aus einfachen Materialien Ihre eigene handbetriebene Archimedes-Schraube.

Hintergrund Archimedes von Syrakus wurde im 3. Jahrhundert v. Chr. geboren. Er löste gerne Probleme und war einer der bedeutendsten Erfinder seiner Zeit. Der König forderte Archimedes auf, das größtmögliche Schiff zu bauen. Dieses Schiff erwies sich als undicht und Archimedes musste eine Vorrichtung erfinden, um Wasser daraus zu entfernen. Also entwarf er das, was wir heute die Archimedes-Schraube nennen. Es war sehr effektiv, da es das Wasser ableitete und nur eine Person zur Bedienung erforderlich war. Die Archimedes-Schraube wurde bald auch zum Transport von Wasser aus tiefer gelegenen Gebieten bis zu Bewässerungsgräben eingesetzt. Das Design ist so effektiv, dass es auch heute noch verwendet wird. Beispielsweise wird es zum Heben von Abwasser in Wasseraufbereitungsanlagen und sogar zum Heben von Wasser in einigen Fahrgeschäften in Vergnügungsparks eingesetzt. Es ist ein Werkzeug, das nie aus der Mode gekommen ist.

Die Archimedes-Schraube ist eine Art Verdrängerpumpe. Eine Verdrängerpumpe fängt Flüssigkeit aus einer Quelle ein und zwingt die Flüssigkeit dann dazu, sich zu einer Abgabestelle zu bewegen. Die Archimedes-Schraube besteht aus einem Hohlzylinder und einem Spiralteil (die Spirale kann sich im Inneren befinden, aber hier platzieren Sie sie außerhalb des Zylinders). Ein Ende wird in eine tiefliegende Flüssigkeitsquelle gelegt und das andere Ende wird nach oben in einen höher gelegenen Entladungsbereich geneigt. Um Wasser zu bewegen, müssen Sie lediglich die Schraube drehen. Während sich die Schraube bewegt, schöpft sie eine kleine Menge Wasser in die erste Tasche. Bei der nächsten Drehung der Schraube wandert die erste Wassertasche in die zweite Tasche, und eine neue Schaufel Wasser gelangt in die erste Tasche. Diese Bewegung geht weiter, und schließlich kommt am anderen Ende die erste Kugel Wasser heraus.

Es gibt viele Faktoren, die bestimmen, wie gut die Archimedes-Schraube funktioniert, wie zum Beispiel die Länge, ihr Winkel, der Radius und mehr. In diesem Projekt bauen und demonstrieren Sie Ihre eigene Archimedes-Schraube. Optional können Sie sogar versuchen, das Schneckendesign zu ändern, um herauszufinden, wie Sie das Wasser schneller anheben können!

Materialien

Vorbereitung

Verfahren

Beobachtungen und Ergebnisse Wie schafft es die Archimedes-Schraube, Wasser bergauf zu bewegen? Wenn Sie den Schlauch spiralförmig biegen, bilden sich einzelne Taschen, in denen sich Wasser festsetzen kann, da der Schlauch auf beiden Seiten nach oben gebogen ist. Wenn Sie von der Seite auf Ihre Schraube schauen, sehen Sie diese mit Wasser gefüllten Taschen. Wenn Sie die Schnecke drehen, fängt sie abwechselnd Luft- und Wassertaschen ein, und die einzelnen Taschen bewegen sich an der Schnecke nach oben zum oberen Behälter. Wenn Sie die Schraube in einem zu steilen Winkel nach oben neigen, zeigt möglicherweise eine Seite jeder Tasche bergab, sodass das Wasser wieder nach unten fließen kann. Dies ist am einfachsten zu erkennen, wenn Sie das Rohr senkrecht aufstellen. Beachten Sie, dass das Wasser nirgendwo „eingefangen“ werden kann, ohne bergab zu fließen.

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Diese Aktivität wurde in Zusammenarbeit mit Science Buddies für Sie durchgeführt

Ben Finio ist leitender Wissenschaftler bei Science Buddies und Dozent an der Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering der Cornell University. Folgen Sie ihm auf Twitter @BenFinio.

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