Regenschirm 07.06.2008, 17:46

Regenschirm - technische Zeichnung (Ausschnitt)

Warum öffnet sich ein Regenschirm von selbst, wenn man auf den Knopf drückt? Das macht die Feder, wird man vermuten. Das stimmt, doch sie alleine wäre hilflos, hätte sich der Erfinder nicht noch etwas einfallen lassen.

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Darauf muss man erst einmal kommen!

Schirm - wenig Technik, viel Physik

 

 

 Schirm geschlossen Schirm geöffnet  
Regenschirm, geschlossen (Detailfoto) Regenschirm, offen Regenschirm - animiertes Schema

Warum öffnet sich ein automatischer Regenschirm von selbst? Weil ihn die Druckfeder aufspringen lässt, werden wir vermuten. Das stimmt - und doch liefert uns die Druckfeder nur die halbe Wahrheit. Irgendwie hat in dem Mechanismus auch das Gestänge (also die Streben 1 bis 3) etwas zu melden. Doch was?

Zeichnung eines geöffneten Regenschirms - beschriftet

Auf jeden Fall drückt die Feder mit den Kräften F1 und F2 die beiden am Stock gleitenden Schieber auseinander. Aber das Schieberpaar gleitet deswegen nicht nach oben.

Der tec.Lehrerfreund fand dies heraus:

Die Federkräfte F1 und F2 müssen zerlegt werden. Dann zeigt sich, dass sie in den Streben 1 und 2 unterschiedliche Wirkungen FS1 und FS2 entfalten: FS1 zieht die Stangen nach oben, FS2 nach unten. Im Fall A jedoch sieht es gar nicht so aus, als ob die nach oben gerichtete Kraft den Schirm mit Macht aufspringen lassen könnte; FS2 hält zu stark dagegen. Da muss offensichtlich noch etwas Anderes bedacht werden. Aber was?

Wirkende Kräfte beim Regenschirm - beschriftet

Es sind die an den Streben 2 und 3 wirkenden Aufspann- bzw. Einzugsmomente. Man erkennt in der folgenden Skizze, dass das Drehmoment M1 = FS1  · a eindeutig mehr zu melden hat als das dagegen wirkende Drehmoment M2 = FS2 · b. Die Momente verändern sich zwar mit jeder Öffnungsposition des Schirms, M1 ist aber immer größer als M2, so dass die Schirmdecke nach oben gezogen wird.

Kräfte und Drehmomente beim Regenschirm (beschriftet)

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