Die Wissenschaft hinter dem Eiertropfen-Experiment

Der Egg Drop ist ein klassisches Experiment im naturwissenschaftlichen Unterricht für Schüler der Mittel- oder Oberstufe. Den Schülern wird ein Ei gegeben, das sie von einem hohen Punkt (wie dem Dach der Schule) auf eine harte Oberfläche (wie den Parkplatz) fallen lassen können. Sie müssen einen Träger für das Ei entwerfen, um es während des Tropfens zu beherbergen. Typische Träger sind Milchkartons oder Schuhkartons. Die Schüler können den Träger modifizieren, indem sie Flügel, Fallschirme, Schaumstoffeinlagen oder sogar Marshmallow-Kissen hinzufügen. Die Schüler stellen Hypothesen auf, welcher der Eiträger das Ei effektiv schützt und testen diese Hypothesen. Das Experiment ist nicht nur zum Spaß, obwohl es den Schülern Spaß macht. Es soll den Schülern die Zusammenhänge zwischen Kraft und Impuls vermitteln.

Newtons Bewegungsgesetze sind die Grundprinzipien, die im Eierfallexperiment veranschaulicht werden. Sir Isaac Newton veröffentlichte 1687 seine Bewegungsgesetze und veränderte das Weltverständnis der Wissenschaftler grundlegend, indem er die Beziehung zwischen Kraft und Bewegung beschrieb. Das erste dieser Gesetze wird als das Trägheitsgesetz bezeichnet. Grundsätzlich bleibt ein bewegtes Objekt in Bewegung, wenn keine äußere Kraft auf es einwirkt, und ein ruhendes Objekt bleibt in Ruhe, es sei denn, eine äußere Kraft wirkt auf es ein.

In Newtons zweitem Gesetz diskutiert er die direkte Beziehung zwischen den äußeren Kräften, die auf ein Objekt einwirken, und der Impulsänderung des Objekts. Die Kraft nimmt zu, wenn die für die Änderung benötigte Zeit abnimmt. Wenn ein Zug mit konstanter Geschwindigkeit fährt und abgebremst werden muss, wird die Kraft, die die Fahrgäste erfahren, größer, da die Verzögerungszeit kürzer ist.

Das Ziel des Egg Drop Experiments besteht darin, zu verhindern, dass das Ei beim Abbremsen zerbricht. Aus den Newtonschen Gesetzen wird deutlich, dass die Schüler, die das Ei entwerfen, um die Kraft zu minimieren, die das Ei beim Aufprall erfährt, Eiträger müssen die Zeit, über die das Ei zur Ruhe gebracht wird, verlängern oder die Geschwindigkeit des Eies zum Zeitpunkt der Absturz.

Um die Geschwindigkeit des Eies beim Aufprall zu verringern, müssen die Schüler ihre Eierträger so gestalten, dass sie einen erhöhten Luftwiderstand haben. Eine vergrößerte Oberfläche des Trägers, wie eine Flugscheibenform oder ein Fallschirm, führt dazu, dass das Ei mit einer geringeren Geschwindigkeit auf dem Boden aufschlägt. Um die Zeit zu verlängern, in der das Ei zur Ruhe kommt, müssen die Schüler ihr Ei mit etwas versehen, um einen Teil der Aufprallkraft zu absorbieren. Ein Schwamm oder ein anderes Kissen in ihrem Träger verhindert, dass das Ei sofort stoppt, wenn es den Boden berührt; Das Ei wird seine Bewegung für einige Nanosekunden fortsetzen und die Kraft verringern. Aus diesem Experiment lernen die Schüler auch, Hypothesen zu bilden und zu testen und ihre Beobachtungen organisiert aufzuschreiben.

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