Profilprojekt Bionik Thema Statik im Schuljahr 2009/10 im Fachbereich Informatik history menue Letztmalig dran rumgefummelt: 16.11.09 10:56:13

Aus dem Gesamtbereich der Bionik picken wir uns hier den Teilbereich der Konstruktion heraus. Inder Praxis wurden bekanntlich zahlreiche technische Konstruktionen aus der Natur "abgeguckt" und in technischen Konstruktionen zumindest teilweise umgesetzt.
1. Technische Konstruktionen in der Natur
2. ... wir greifen uns da etwas heraus: die Statik
3. Grundgesetze der Statik
4. ... unsere Aufgabe ...
5. Lösungsvorschläge
6. Verwandte Themen

 fächerverbindender Unterricht

Logo für den fächerverbindenden Unterricht Klasse 10 - Thema Statik - Bionik

inhaltlich auf korrektem Stand - evtl. partiell unvollständig ;-)

Wissen für Fortgeschrittene


1. Technische Konstruktionen in der Natur history menue scroll up

Über den Aufbau eines Getreidehalmes bis zur architektonischen Gestaltung sowie bautechnischen Umsetzung in einem Fernsehrturm existieren durchaus konstruktive Ableitungen. Warum das Fahrrad neu erfinden, wenn man nur von vorhandenem "abzugucken" hat.
Der Kristallpalsat in London  
das "biologische Vorbild ... ... und die technische Umsetzung

das Riesenseerosenblatt

Die Riesenseerose (Victoria)

Die Riesensee-Anemone

Zweifellos ist sie eine der eindrucksvollsten Pflanzen: die Riesenseerose Victoria, deren Blätter mit hochgewölbtem Rand bis über 3 m Durchmesser erreichen können.

"I am amused" sagte Queen Victoria, als diese wunderbare Pflanze 1833 nach ihr benannt wurde - gerade 12 Jahre vor ihrem Besuch in Bonn anlässlich der Einweihung des Beethoven-Denkmals am 12.08.1845. Es gibt zwei Arten: V. amazonica, (früher V. regia) im Amazonas und seinen Nebenflüssen und die etwas kleinere V. cruziana vom Flussgebiet des Rio Paraná mit höher aufgewölbten Blatträndern.
Die riesigen Blätter sind perfekte Leichtbaukonstruktionen und können bis 80 kg Gewicht tragen - mehrere Babys können auf ein solches Blatt gesetzt werden. Im 19. Jahrhundert waren sie das biologische Vorbild für technische Leichtbaukonstruktionen (z.B. der Kristallpalast in London).
Victoria löste ein wahres Fieber aus: viele Gärten bauten eigene Victoria-Häuser, in Bonn existierte ein solches Rundhaus bis 1920. Die Blüten von Victoria öffnen sich mit Einbruch der Dämmerung, sie sind weiß und locken Käfer an, die sie in eine Luftkammer zur Bestäubung fangen. Am folgenden Tag schließen sie sich und die Käfer werden häufig mit unter Wasser gezogen. In der zweiten Nacht öffnen sie sich noch einmal, sie sind diesmal rosa gefärbt, und entlassen ihre Bestäuber.

Kristallpalast London

Erste Weltausstellung 1851, London - “I don’t say there is nothing in it: there’s too much.” Charles Dickens über die Weltausstellung in einem Brief an Mrs. Richard Watson, 11 Juli 1851

Schon im Jahr 1845 hatte sich in London aus der dortigen Society of arts heraus eine Kommission für eine technische und kunsthandwerkliche Leistungsschau des Vereinigten Königreichs gebildet. Dieser Plan wurde zu einem alle Völker der Erde umfassenden erweitert und nach Überwindung mancher Schwierigkeit 1851 zur Ausführung gebracht. Anfangs hatte man gegenüber dem Unternehmen selbst in England große Gleichgültigkeit gezeigt, aber dennoch betrug die Zahl der Aussteller 17.062, von denen auf England mit Kolonien 7.387, auf Frankreich 1.710, auf Preußen 872, Sachsen 190, Württemberg 109, Bayern 99, auf Österreich 731, Nordamerika 499 kamen. Die deutsche Industrie legte den Schwerpunkt auf: Buchdruck, Steindruck, Typengießerei, Instrumente, Glaswaren und Porzellan. Neu wie die Ausstellung selbst, war das zu ihrer Aufnahme bestimmte Gebäude, der sogenannte Kristallpalast (1936 abgebrannt), von Joseph Paxton ganz aus Glas und Eisen errichtet und selbst ein Ausstellungsobjekt, das diese beiden Materialien erstmals in dieser Form kombinierte. Durch die Ausstellung wurde ein finanzieller Überschuss von 173.298 Pfund erwirtschaftet: den Ausgaben von 339.334 standen Einnahmen von 512.632 Pfund gegenüber.

 
 


... wir greifen uns da etwas heraus: die Statik history menue scroll up

Die Statik ist die Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte an ruhenden starren Körpern. Diese Körper werden durch Kräfte beansprucht. Die möglichen wirkenden Kräfte zu untersuchen und vorauszuberechnen ist Aufgabe der Statik.
Kräfte sind gekennzeichnet durch:
  • Betrag (Größe)
  • Wirkungslinie (Richtung)
  • Richtungssinn
Einteilung der Kräfte:
  • Volumenkräfte
  • Oberflächenkräfte (Auflagekräfte)
    • Flächenkräfte
    • Linienkräfte
    • Punktkräfte
  • äußere Kräfte
  • innere Kräfte
  • Aktive Kräfte (Belastungskräfte)
  • Reaktive Kräfte (Lagerkräfte)

Angriffspunkte für Kräfte in der Festigkeitslehre

starre Körper deformierbarer Körper

bewegliche Lager

Festlager


3. Grundgesetze der Statik history menue scroll up
Anmerkung

Lagerungsarten

eine Unbekannte (einwertig) zwei Unbekannte (zweiwertig) drei Unbekannte (dreiwertig)

bewegliche Lager

Festlager

Einspannung

Ein Körper ist genau dann statisch bestimmt gelagert, wenn entsprechend den drei Gleichgewichtsbedingungen maximal drei unbekannte Reaktionskomponenten auftreten. Treten mehr als drei auf, so ist der Körper statisch unbestimmt gelagert.

Wechselwirkungsgesetz
  • aktive Kraft = reaktive Kraft
  • Wirkung = Gegenwirkung
  • Kraft = Gegenkraft

Kräfte treten immer paarweise auf, sie haben dann gleiche Wirkungslinien und entgegen gesetzten Richtungssinn

Zusammensetzen einer Kraft Zerlegen einer Kraft

Lage und Kräfteplan für das Zusammensetzen zweier Kräfte

Lage und Kräfteplan für das Zerlegen einer Kraft

Zusammensetzen mehrerer Kräfte

Lage und Kräfteplan für das Zusammensetzen mehrerer Kräfte

... im Winkel angreifende Kräfte

Wirkungsplan für Kräfte, welche unter einem Winkel angreifen

Kraftwirkungsplan für F1

Kraftwirkungsplan für F2

Kraftwirkungsplan für F3

Kraftwirkungsplan für F4


4. ... unsere Aufgabe ... history menue scroll up

Grundlage der Problemlösung bildet ein programmiertes System mit Mitteln von PHP. Ein- und Ausgaben können stufenweise erfolgen, zumindest jedoch die Ausgabe ist visuell darzustellen. Genutzt werden können dazu alle "gestalterischen" Möglichkeiten - Flashprogrammierung oder einfache HTML-Tags führen zu äquivalenten Lösungen und werden akzeptiert.

Auflager-Aufgabe - das Grundprinzip

variable Eingangsgrößen

variable Eingangsgrößen:

  • Betrag der Kraft
  • Winkel der angreifenden Kraft
  • Angriffspunkt der Kraft
  • Gesamtlänge des Hebelsystems
  • Position des Auflagepunktes

PHP-Monitoring

Zeichnung 1 zum Download

Zeichnung 2 zum Download

Zeichnung 3 zum Download

Zeichnung 4 zum Download

Zeichnung 5 zum Download

Zeichnung 6 zum Download

Zeichnung 7 zum Download

Zeichnung 8 zum Download

Hebelgesetz sowie Umsetzen auf die Sprungbrett-Aufgabe ... ein Berewchnungsbeispiel

Ausarbeitung von Anja Cziommer zum Hebelgesetz sowie Kraftwirkung am Sprungbrett

Ausarbeitung eines  Berechnungsbeispiels von Anja Cziommer zum Hebelgesetz

... zur Website der TU-München


5. Projektlösungen history menue scroll up

Auf diese Zeichnungen kann zurück gegriffen werden. Sie können für eigenes Material verwendet und auch weiter entwickelt werden. Im einfachsten Falle diesen sie al Anregung zum Arbeiten. Des weiteren sollte nicht vergessen werden, dass manche einfachen Grafikelemente mit anderen Programmen (z. B. CorelDraw oder PaintShopPro) erstellt bzw. bearbeitet werden können.
 
       
       


6. Verwandte Themen history menue scroll up

Wo fängt man hier an, geschweige denn davon zu reden, wo man aufhört. Läuft doch in diesem Punkt die gesamt Informatik und die Problemklasse Computer zusammen. Aber merke: Informatik ist nicht gleich Computer - dies als goldenen Worte aller derjenigen, die da meine, weil sie gerne etwas mit Computern machen, seien sie die geborenen Informatiker.
Bereich Bionik

weitere Links zum Thema Bionik

   
Bereich Pädagogik

Schulrechtliche Bestimmungen in Sachsen - Belehrungen und Hinweis auf gültige Verordnungen

Bildungsstndort Deutschland

Informatikunterricht

Leitlinien und Prinzipien des Informatikunterrichts

Paradigmen des Informatikunterrichts

Pädagogik, Fachdidaktik sowie Methodik der Informatik

Medienkompetenz oder informatische Bildung

Bewertung und Zensierung

der Pitko

Informatik-Projekte am Gymnasium Flöha

Informatikprüfung

Informatik-Wettbewerbe

Bereich Informatik

Logische Struktur einer CPU

Informatik

Pardigmen des Informatikunterrichts



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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha © Frank Rost am 28. Oktober 2009

... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-)

„Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“

Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist

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