Emilian Prall Schüler Experimentieren 2021 Projektnummer 89556 - Welfen-Gymnasium Ravensburg
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Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
Schüler Experimentieren 2021 Projektnummer 89556
Emilian Prall
Schüler am Welfen-Gymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
Papierflieger im Test
Stand: 17.01.2021 1/18
Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
Kurzfassung
Ich falte gerne Papierflieger und vergleiche immer wie weit sie fliegen. Wirklich
Vergleichen ist aber nicht einfach, weil die Papierflieger jedes Mal unterschiedlich
abgeschossen werden. Ich selbst kann nicht sicherstellen, dass ich das immer gleich
mache und verschiedene Menschen werden unterschiedlich Abwerfen.
Damit ich die Papierflieger wirklich vergleichen kann, habe ich nun eine
Abschussrampe gebaut, mit der ich für alle Papierflieger gleiche Abflugbedingungen
schaffe konnte.
Ich habe untersucht, welcher Papierflieger mit unterschiedlichen Einflussfaktoren wie
Falttechnik oder Abschusswinkel, die größte Flugdistanz erreichen kann.
Stand: 17.01.2021 2/18
Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
Inhaltsverzeichnis
1. Das Thema
1.1. Die Idee
1.2. Recherche und Theorie
1.3. Bausatz
1.4. Verbesserte Experimentiervorrichtung
2. Das Experiment
2.1 Aufbau und System
2.2 System der Aufzeichnungen
2.3 Messwerte
2.3.1 Flieger 1 bis Flieger 10
Winkel 10 – 40° Flugweitenvergleich / Flugkurve
2.3.2 Maximale Flugweite aller Versuche im Vergleich
2.3.3 Standardabweichung / Flugruhe
2.4 Aufgetretene Probleme
3. Interessante Erkenntnis an meinem Experiment
4. Quellen und Unterstützer
Stand: 17.01.2021 3/18
Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
1. Das Thema
1.1 Die Idee
In diesem Jahr wurde bei uns am Gymnasium die Forscher-AG angeboten und ich
habe mich gleich angemeldet. Mit unseren Betreuern haben wir am Anfang
verschiedene Forschungsideen besprochen.
Weil ich schon immer gerne Papierflieger baue fand ich die Frage, wie man
Papierflieger vergleichen kann gleich interessant.
Wir haben dann im Internet gesucht, ob es eine Papierflieger-Abschussrampe gibt.
Wir konnten verschieden einfache Modelle finden und ich wollte nun unbedingt
wissen, ob diese funktionieren und wie gut meine Papierflieger fliegen.
Wir haben den Bausatz bestellt, ich habe ihn dann zusammengebaut und wir haben
nicht nur die Papierflieger getestet, sondern auch die Abschlussrampe untersucht
und verbessert.
1.2 Recherche und Theorie
Im Internet haben wir nach einem einfachen Bausatz gesucht mit dem man
Papierflieger abschießen kann. Ich habe mir im Internet auch angeschaut ob jemand
mit einem Bausatz bereits Papierflieger abgeschossen hat. Zusätzlich zu den
Recherchen aus dem Internet bekam ich von meinem Betreuer ein Buch mit vielen
Flieger - Anleitungen.
1.3 Bausatz
Der Bausatz „Elektrische Abschussrampe für Papierflieger“ bestand aus:
o Grundplatte aus Holz
o Holzleisten
o Elektromotoren
o Kunststoff-Schnurlaufräder
o Reduzierhülsen
o Gummi O-Ring
o Schiebeschalter
o Metall-Lochstreifen
o Verschiedene Schrauben, Muttern und Gummibänder
Stand: 17.01.2021 4/18
Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg Zu dem Bausatz gehört eine Bauanleitung mit der ich die Abschussrampe in der Schule sägen, bohren und zusammenzubauen konnte. Es war auch eine Schablone dabei mit der man alle Bohrungen anzeichnen konnte, das war sehr gut. Der Batteriebetriebene Motor musste zusammengebaut werden und die O-Ringe angebracht werden. Dann konnte die Abschussrampe in Betrieb genommen werden. Bausatz Abschussrampe Erste Versuche sollten zeigen, dass es noch Verbesserungsbedarf bei der Abschussrampe gibt. Folgende Verbesserungen erscheinen sinnvoll zu sein: Weitenverstellung für den Fliegerrumpf Die starre Weiteneinstellung beim Bausatz lässt es nicht zu, dass Fliegermodelle mit Mehrfachfaltung und entsprechender Dicke abgeschossen werden können. Abdeckung über der Abschlussrampe Manche Flieger werden nach oben herausgeschleudert, deshalb ist eine Abdeckung wichtig. Diese muss verstellbar sein und Aufkantungen der Flieger über dem Rumpf und an den Flügeln zulassen. Winkeleinstellung Die Rampe kann nur in einem Winke betrieben werden. Die Stellschrauben lassen sich zwar verändern, allerdings nicht mit einer messbaren Winkelveränderung. Stand: 17.01.2021 5/18
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Motorgeschwindigkeit
Der Motor kann nur mit einer Geschwindigkeit betrieben werden.
Höhenfestlegung
Unterkonstruktion für eine feste Höhendefinition, kein Verschieben
Verstellung für
unterschiedliche
Rumpfbreite
Abdeckung, damit die
Flieger nicht nach oben
rausfliegen
Winkelverstellung
Verbesserungen des Bausatzes
1.4 Verbesserte Experimentiervorrichtung
Stückliste für die verbesserte Experimentiervorrichtung:
o Grundplatte aus Holz
o mehrere Holzleisten
o Elektromotoren aus dem Bausatz
o Poddy zur Geschwindigkeitseinstellung
o Kunststoff-Schnurlaufräder aus dem Bausatz
o Reduzierhülsen aus dem Bausatz
o Gummi O-Ring aus dem Bausatz
o Scharniere
o Metall-Lochstreifen
o Unterkonstruktion (vom Elektrogrill)
Stand: 17.01.2021 6/18
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Bau der Grundplatte für die Abschussrampe
Beim Zusammenbau konnte ich meine Erfahrungen aus dem Zusammenbauen des
Bausatzes gebrauchen. Alle Anforderungen an die Verbesserungen konnte ich
umsetzen.
Winkelverstellung Variable Rumpfbreite und
Abdeckung nach oben verstellbar
Da der Bau der optimierten Abschussrampe in den Lock down vor Weihnachten fiel
und auch die Schule geschlossen hatte, konnten keine Materialien im Baumarkt
kaufe. Alle Teile habe ich im Keller zusammengesucht oder vom Bausatz
übernommen.
Mit der neuen Abschussrampe kann ich jetzt vieles einstellen und habe nun die
richtige „Maschine“ für meine Messungen.
Stand: 17.01.2021 7/18
Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg 2. Das Experiment 2.1 Aufbau und System Die Abschussrampe wurde in der Schul-Aula aufgestellt. Für die Messungen haben wir von Batterieantrieb auf den Antrieb über einen Trafo umgestellt. Auf dem Fußboden haben wir ein Maßband ausgelegt und eine Excel Tabelle vorbereitet in die die Messwerte eingetragen wurden. Für die Durchführung der Messungen waren wir zu dritt, ich habe die Papierflieger abgeschossen, Herr Frick hat die Flugweite abgelesen und mein Bruder hat die Werte eingetragen. Gerade für das Ablesen der Flugweite, war es sinnvoll eine Person zu haben, die dies immer unter den gleichen Bedingungen ausführt. Vorbereitet waren 10 unterschiedliche Flieger aus Papier mit der Qualität 80g/M², Farbe Weiß. 2.2 System der Aufzeichnungen Generell interessiert mich, welcher Flieger am weitesten fliegt. In meinen unterschiedlichen Versuchen habe ich untersucht, wie sich die Papierflieger verhalten, wenn ich den Abschusswinkel verändere. Wie wir vorgegangen sind: Wir haben die Flieger bei Geschwindigkeit 1, ausgehend von 10° abgeschossen und die Messung beendet, nachdem bei Erhöhung um weitere 10° die durchschnittlichen Flugweiten kleiner wurden. So hofften wir das Winkel-Maximum zu finden. Jede Einstellung wurde 5-mal hintereinander wiederholt und dokumentiert. Stand: 17.01.2021 8/18
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2.3 Messwerte
2.3.1 Flieger 1 – 10
Flieger 1
Flieger 1
Grad Abschussrampe
4
40°
3
30°
2
20°
1
10°
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00
Flugweite (m)
Flieger 1 hat eine kompakte Form. Die Spitze ist mehrfach gefaltet und verstärkt, der
Rumpf hinten ist nur einfach gefaltet, die breiten Flügel haben kleine Aufkantungen.
Flugkurve bei Abschussrampe 10°
Flieger 1
zeigt das beste Ergebnis bei 10° Abschussrampeneinstellung.
Anhand der Flugkurve bei Rampeneinstellung 10° ist zu erkennen, dass Flieger 1 eine
hohe Abschusshöhe erreicht und dann den Flug mit einer flach sinkenden Kurve
fortsetzt. Sehr gute Bedingungen hinsichtlich Flugweite sind daran zu erkennen.
Stand: 17.01.2021 9/18
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Flieger 2
Flieger 2
Grad Abschussrampe
3
30°
2
20°
1
10°
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00
Flugweite (m)
Flieger 2 hat eine kompakte Form. Die Spitze ist mehrfach gefaltet und verstärkt, sie
ist nicht spitz, sondern stumpf. Der Rumpf hinten ist nur einfach gefaltet, die breiten
Flügel haben kleine Aufkantungen.
Flieger 2 zeigt das beste Ergebnis bei 20° Abschussrampeneinstellung.
Aufgrund der deutlichen Flugweitenverschlechterung bei 30° wurde der
Abschusswinkel von 40° nicht weiter untersucht. Die Gesamtflugweite liegt
deutlich im unteren Bereich.
Messreihen in der Schulaula
Stand: 17.01.2021 10/18Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
Flieger 3
Flieger 3
Grad Abschussrampe
40°4
30°3
20°2
10°1
0,00 2,00 4,00 6,00
Flugweite (m)
Flieger 3 hat eine längliche Form. Ein „Pfeil“ mit weit rückgekanteter Spitze. Der
Rumpf hinten ist nur einfach gefaltet, die schmalen Flügel haben kleine
Aufkantungen.
Flugkurve bei Abschussrampe 10°
Flieger 3
zeigt das beste Ergebnis bei 30° Abschussrampeneinstellung. Anhand der Flugkurve
bei 10° kann man erkennen, dass der Flieger eine Unterstützung durch
eine steilere Abschussposition gebrauchen kann. Grundsätzlich liegt die Gesamt-
flugweite durchgängig bei allen Versuchen im mittleren bis oberen Bereich.
Stand: 17.01.2021 11/18Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
Flieger 4
Flieger 4
Grad Abschussrampe
30°3
20°2
10°1
0 2 4 6
Flugweite (m)
Flieger 4 hat eine längliche Form. Ein „Pfeil“ mit wenig rückgekanteter Spitze. Der
Rumpf hinten ist nur einfach gefaltet, die schmalen Flügel haben kleine
Aufkantungen. Im Vergleich zu Flieger 3 unterscheidet sich Flieger 2 nur bei der
Rück-Kantung der Spitze.
Flugkurve bei Abschussrampe 10°
Flieger 4
zeigt das beste Ergebnis bei 10° Abschussrampeneinstellung. Die Flugkurve bei 10°
lässt einen konstanten Anstieg erkennen, allerdings flacht die Kurve nach 2 Metern
ab. Aufgrund der deutlichen Flugweitenverschlechterung bei 30° wurde der
Abschusswinkel von 40° nicht weiter untersucht. Flieger 4 liegt bei der
Gesamtflugweite im unteren Bereich.
Stand: 17.01.2021 12/18Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
Flieger 6
Flieger 6
Grad Abschussrampe
30°
3
2
20°
1
10°
0 2 4 6 8
Flugweite (m)
Flieger 6 hat eine kompakte Form. Die Spitze wird im vorderen Drittel schmäler durch
bestimmte Faltung, sie ist nicht spitz und mehrfach verstärkt. Der Rumpf hinten ist
nur einfach gefaltet, die breiten Flügel haben kleine Aufkantungen.
Flugkurve bei Abschussrampe 10°
Flieger 6
zeigt das beste Ergebnis bei 20° Abschussrampeneinstellung. Anhand der Flugkurve
bei 10° kann man erkennen, dass der Flieger eine sehr gute, kontinuierliche
Flugkurve zeigt. Die steilere Abschussposition kann dies nochmals positiv
unterstützen. oberen Bereich. Allerdings verschlechtert sich das Ergebnis bereits bei
30°.
Stand: 17.01.2021 13/18Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
Flieger 7
Flieger 7
Grad Abschussrampe
40°3
30°2
20°1
3,5 4 4,5 5
Flugweite (m)
Flieger 7 hat eine kompakte Form. Die Spitze ist mehrfach gefaltet und verstärkt, sie
ist nicht spitz, sondern stumpf. Der Rumpf hinten ist nur einfach gefaltet, die breiten
Flügel haben kleine Aufkantungen.
Flieger 7 zeigt das beste Ergebnis bei 20° Abschussrampeneinstellung. Bei
10° hat der Flieger kein verwertbares Ergebnis gezeigt. Die Gesamtflugweite
liegt deutlich im unteren Bereich.
Flieger 9
Flieger 9
Grad Abschusswinkel
20°2
10°1
0 2 4 6 8
Flugweite (m)
Flieger 9 hat eine kompakte Form. Die Spitze ist mehrfach gefaltet und verstärkt, sie
ist nicht spitz, sondern stumpf. Die Faltung der Spitze doppelt sich bis zur Hälfte des
Fliegers zurück. Der Rumpf hinten ist nur einfach gefaltet, die breiten Flügel haben
kleine Aufkantungen.
Flieger 9 zeigt das beste Ergebnis bei 10° Abschussrampeneinstellung.
Aufgrund der deutlichen Verschlechterung bei 20° wurde die Messreihe nicht
fortgeführt. Die Flugweite bei 10° zeigt ein sehr gutes Ergebnis, daher liegt
Flieger 9 in der Gesamtwertung im Spitzenbereich.
Stand: 17.01.2021 14/18Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg Ausschluss Flieger 5, 8 und 10 Flieger 5, 8 und 10 haben bei den Messungen keine verwertbaren Ergebnisse geliefert. Flugkurvenmessung in der Schulaula Flugkurven wurden mit dem Programm VIANA für Videoanalysen erstellt. Stand: 17.01.2021 15/18
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2.3.2 Maximale Flugweite aller Versuche im Vergleich
Unabhängig von der Winkeleinstellung habe ich alle Durchschnittswerte einer
Messreihe (Messreihe = 5 Flüge pro Flieger hintereinander) verglichen, um
herauszufinden welcher Flieger am weitesten geflogen ist.
Flugweitenvergleich
5,92
Flieger 9
Datenreihen7
4,64
Papierflieger
6,42 Flieger 7
Datenreihen6
1 4,98 Flieger 6
Datenreihen5
5,46 Datenreihen4
Flieger 4
3,28
Datenreihen3
Flieger 3
7,14
Datenreihen2
Flieger 2
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 Datenreihen1
Flieger 1
Flugweite (m)
Durchschnittswert aller Messreihen (je 5 Messungen) aus Messprotokoll
Fazit:
Platz 1: Flieger 1
Platz 2: Flieger 6
Platz 3: Flieger 9
Flieger 1 ist das sehr einfache, kompakte Modell mit einer tollen Flugleistung, wobei
ich bei der Auswertung auch erkannt haben, dass nicht nur der „einmalige“ maximale
Flug entscheidend ist, sondern auch wie der Flieger jedes Mal fliegt.
Man konnte während der Messungen sehr gut sehen, ob ein Flieger immer eine
ähnliche Flugkurve nimmt, oder ob er leicht abdriftet und in alle Richtungen
davonfliegt und das Ergebnis eher „zufällig“ ist. Deshalb habe ich auch noch die
Flugruhe / Standardabweichung verglichen.
Stand: 17.01.2021 16/18Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
2.3.3 Standardabweichung / Flugruhe
Ich habe bei den Wiederholungen festgestellt, dass die Papierflieger unterschiedliche
Wiederholungsflüge machen deshalb habe ich die Standardabweichung der
Messergebnisse berechnet.
Standardabweichung
7 Flieger 9
6 Flieger 7
Papierflieger
5 Flieger 6
4 Flieger 4
3 Flieger 3
2 Flieger 2
1 Flieger 1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Standardabweichung
Standardabweichung der Messreihen (je 5 Messungen aus Messprotokoll)
Fazit:
Platz 1: Flieger 7
Platz 2: Flieger 3
Platz 3: Flieger 4
Flieger 7 zeigt die geringste Standardabweichung, Flieger 3 und 4 sind sehr ähnlich.
Man kann im Vergleich mit der Flugweite erkennen, dass die weiteste
Einzelflugmessungen und die geringste Flugabweichung nicht deckungsgleich sind.
Stand: 17.01.2021 17/18Schüler Experimentieren 2021, Emilian Prall - Welfengymnasium, Spohnstraße 25, 88212 Ravensburg
2.5 Aufgetretene Probleme
Das größte Problem ist die Haltbarkeit der Papierflieger. Mit normalem Papier kann
eine Messreihe mit 5 Flügen sehr gut durchgeführt werden, nicht aber mit mehr
Durchgängen. Papier ist auch anfällig auf Luftfeuchte und würde sich verändern,
wenn die Messungen an unterschiedlichen Tagen durchgeführt werden würden.
3. Interessante Erkenntnis an meinem Experiment
Die Abschussrampe ist sehr wichtig um wirklich vergleichen zu können, sie hat
immer gleiche Einstellungen, wird nicht müde und lässt viele Abschüsse in kurzer
Zeit zu. Allerdings sind die baulichen Anpassungen die ich gemacht habe zwingend
nötig.
Bei den Messungen konnte ich in kurzer Zeit viele Flieger hintereinander fliegen
sehen. Dadurch war es für mich möglich direkte Unterschiede zu sehen und zu
erkennen. Die unterschiedlichen Flugbahnen die ein Flieger haben kann, oder die
Flugbahnen aller Flieger im direkten Vergleich haben mir gezeigt, dass die maximale
Weite manchmal nur zufällig ist. Möchte man einen Flieger, der zuverlässig weite
Flüge macht muss man auch die Flugstabilität bewerten. Grundsätzlich haben die
kompakten Fliegermodelle besser abgeschnitten wie die „Pfeil“ Modelle. Flieger mit
aufgedoppelten Faltungen des Rumpfs haben bei meinen Versuchen versagt.
Flieger 3 ist mein persönlicher Sieger. Bei geringster Abweichung zeigt er die beste
Weitenmessung. mit diesem Fliegertyp könnte ich zuverlässig den Vergleich zu
anderen Fliegern aufnehmen.
4. Quellen und Unterstützer
Mein Betreuer Herr Frick (Physiklehrer am Welfen-Gymnasium) aus der Forscher-AG
Meine Eltern, mein Bruder (Messprotokolle)
Internet
Buch “Faltspaß garantiert!“ ISBN 978-3-8094-3506-8
Buch „Speed Glider“ CreativStudio www.speed-glider.net
https://www.amazon.de/matches21-Papierflieger-Abschussanlage-Abschussrampe-
Elektronik/dp/B00BRUC11S (16.09.2020)
https://www.winklerschulbedarf.com/Documents/Anleitungen_Werkpackungen/PDF_
Ger/101421.pdf (16.09.2020)
https://einfach-basteln.com/faltanleitungen/papierflieger/ (10.12.2020)
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