Das Dampfboot

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Dieses Spielzeug veranschaulicht eine Reihe von physikalischen Gesetzen und Effekten.

1) Die Umwandlung von Energie. Wärmeenergie wird schlussendlich in mechanische Energie umgewandelt, so wie es in einem echten Dampfboot passiert. Die durch die Verbrennung der Kerze (bzw. des Dochts, wenn die Kerze verbrannt ist) frei werdende Wärme wird zur Erwärmung des Wassers verwendet, die durch das Kochen zu Wasserdampf wird, so dass der Druck im kleinen Behälter schnell ansteigt. Dieser Druck führt zu einem Ausstoß des Wasserdampfs und bewirkt, dass das Boot fährt und mechanische Arbeit verrichtet. Natürlich gibt es auch gewisse Verluste, da auch die Umgebung erwärmt wird.

2) Der Impulserhaltungssatz. Das Boot erhält denselben Impuls, mit dem es den Wasserdampf ausstößt.

3) Ein Beispiel für das 2. Newton'sche Bewegungsgesetz mit einem Körper, dessen Masse sich ändert. Die Impulsänderung pro Zeiteinheit liefert uns die Antriebskraft des Dampfbootes. Die Impulsänderungen zeigen sich in den Geschwindigkeits- und den Massenänderungen des ausgestoßenen Wasserdampfs entgegen der Bewegungsrichtung des Bootes - genauso wie beim Raketenauto mit dem Luftballon.

4) Nach einem kurzen Start, bewegt sich das Dampfboot gleichförmig. Dies hängt mit den Widerstandskräften zusammen, in unserem Fall vor allem mit der Zähigkeit, die proportional zur Geschwindigkeit ist:

Hierbei ist C eine charakteristische Größe, die eine gegebene Stirnfläche beschreibt, h der Zähigkeitskoeffizient und v die Geschwindigkeit des Dampfbootes.