Wind und Luft
Leider kann aktuell unsere Veranstaltung „Technik ist cool“ nicht stattfinden. Damit du aber trotzdem ein paar spannende Dinge über Technik erfahren und dich über verschiedene Themen informieren kannst, haben wir hier ein paar Inhalte unserer Werkstätten zum Forschen und Entdecken zusammengestellt.
Thema: Wind und Luft
Zunächst mache dir ein paar Gedanken zum Thema Wind und Luft:
Fragen
- Was denkst du ist Wind?
- Wie kannst du auch Wind erzeugen?
- Kannst du die Luft sehen?
- Kannst du den Wind hören?
- Wie kann Luft in Bewegung kommen?
- Wofür benötigen wir Wind?
Antworten
Wind ist bewegte Luft. Er entsteht, wenn kalte und warme Luft aufeinandertreffen.
Wenn die Sonne auf die Erde scheint, wird es warm. Aber nicht alle Erdoberflächen erwärmen sich gleich schnell. Das Wasser der Meere braucht etwas länger und wird in der Regel nicht so heiß wie das Land.
Die Antriebskraft für den Wind ist also die Sonne – ohne sie gäbe es gar keinen Wind.
Wenn die Sonne das Land erwärmt, steigt die wärmende Luft über dem Land in die Höhe, denn warme Luft ist leichter als kalte. Nun ist an dieser Stelle eine Art Luftloch entstanden, ein Tiefdruckgebiet. Es strömt kältere Luft nach, zum Beispiel vom Meer. Die aufsteigende Warmluft kühlt oben ab und sinkt, weil sie schwerer ist, wieder hinunter. So entsteht eine Kreislaufbewegung in der Luft, die wir als Wind kennen.
Möchtest du ein Experiment machen, bei dem du beobachten kannst, welchen Auftrieb die Luft bei Erwärmung bekommt? Dann probiere doch das Experiment 1: Die Teebeutelrakete.
Zum Beispiel durch: Ausatmen, Pusten, Fächer…
Zum Beispiel an bewegten Blättern und Ästen, an Rauch oder Wellen, wenn Wolken ziehen etc.
Luft kannst du auch sichtbar machen, indem du zum Beispiel mit einem Strohhalm in ein halbvolles Wasserglas pustest. Die Blasen die dabei aufsteigen sind Luft.
Der Wind pfeift manchmal richtig zwischen den Häusern! Wenn Wind auf einen Widerstand stößt, z.B. Bäume oder Gebäude, dann will die Luft entweichen. Dadurch entwickeln sich Geräusche, die wie ein Pfeifen klingen können.
Warme Luft steigt nach oben, kalte Luft sinkt nach unten. Hoch am Himmel ist es kalt. Warme Luft kühlt sich dort ab und wird schwer. Sie sinkt dann wieder nach unten, um sich wieder zu erwärmen.
Die Luft um uns herum ist ständig in Bewegung. Auch wenn es unten auf der Erde windstill ist, wehen hoch am Himmel Winde. Darum ändert sich auch das Wetter.
Zum Beispiel für Segelschiffe, Surfen, Gleitschirmfliegen, Kitesurfen, Windmühlen etc. und Windkraftanlagen, die Strom erzeugen können.
Windnutzung
Nun sehen wir uns verschiedene Aspekte des Winds und seiner Nutzung noch genauer an:
Windkraftanlage
Die Windkraftanlage besteht aus einem Turm (kann über 120 m hoch sein) und einem drehbaren oberen Teil. Die wird Gondel genannt.
Über eine Innenleiter im Turm können Technikerinnen und Techniker für Wartungsarbeiten bis zur Gondel hochsteigen. In größeren Anlagen führt ein Aufzug in die Höhe.
Auf der Vorderseite der Gondel sitzt ein Rotor, der meist aus drei Flügeln besteht, die nennt man auch Rotorblätter. Diese können 50 Meter lang sein. Das ist so lang wie vier bis fünf Reisebusse hintereinander. Außen an der Gondel sind Windmessgeräte angebracht, die die Windstärke messen.
Der Wind trifft auf die Rotorblätter und bringt den Rotor in Bewegung – er dreht sich.
Durch diese Drehbewegung wird ein Motor, der in der Gondel sitzt, in Bewegung gebracht. Diesen Motor nennen die Ingenieurinnen und Ingenieure auch Generator. Der Generator wandelt die Drehbewegung in Energie, d.h. Strom um. Mit diesem Strom kann z.B. Licht erzeugt werden, der Fernseher, Computer, Küchenherd und weitere Geräte können laufen.
In der Gondel gibt es auch noch Zahnräder, die sich bewegen und einen Computer, der die Informationen der Messgeräte auswertet. Dadurch wird dafür gesorgt, dass der Rotor immer richtig im Wind steht und die Anlage geschützt wird, falls ein Sturm aufkommt.
Windstärke
Wenn Rauch z.B. aus einem Schornstein ganz gerade aufsteigen kann und kaum ein Wind zu spüren ist, dann ist es windstill. Bei einem Orkan ist der Wind dagegen so stark, dass er auch schwere Gegenstände umschmeißen kann. Wind kann also unterschiedlich stark sein.
Wenn man in den Nachrichten von schweren Sturmschäden hört, dann wird die Stärke des Sturmes mit einer Zahl benannt. Z.B. heißt es dann: „ Ein schwerer Sturm der Stärke 10 hat gestern…“. Besonders starke Stürme bekommen auch Namen wie „Lothar“ oder „Katrina“. Hast du davon schon einmal gehört?
Die Stärke des Windes wird in der „Beaufort-Skala“ angegeben, die von Windstärke 0 mit völliger Windstille bis zum Orkan mit Windstärke 12 reicht.
Erfunden hat die Skala der Brite Sir Francis Beaufort vor ca. 200 Jahren. Er bestimmte die Windstärke, indem er auf seinem Schiff die Höhe der Wellen oder die Wirkung des Windes auf die Segel beobachtete und dann die dazu passende Windstärke in einer Tabelle eintrug. Heute gehört zu jeder Windstärke eine bestimmte Windgeschwindigkeit, die man mit einem Windstärkemesser in Kilometer pro Stunde (km/h) oder Meter pro Sekunde (m/s) misst.