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Physikalisches Spielzeug, Spielereien und
Kuriositäten aus der Mechanik

Balancierender Vogel

Der Schwerpunkt des Vogels liegt unter dem Schnabel, so dass er auf der Schnabelspitze balancieren und drehen kann. In den Flügelspitzen befinden sich zwei Gewichte, die für ein stabiles Gleichgewicht sorgen. Mehr zum Thema Schwerpunkt und Gleichgewicht ist hier zu finden. Im englischsprachigen Raum ist dieses Spielzeug unter dem Namen Gravity Defying Bird bekannt.

Ein Zauberbecher

Dieser Becher steht aufrecht, wenn er voll ist, und er neigt sich zur Seite, wenn man ihn leert. Der Grund: Der Schwerpunkt des Bechers befindet sich an der Gefäßwand. Carl Mertens Becher Balance Auf dem Foto ist deutlich zu erkennen, dass die Becherwand an einer Seite dicker ist. Füllt man den Becher, verlagert sich der Schwerpunkt in die Mitte, so dass sich das Gefäß aufrichtet und im Gleichgewicht befindet. Der Becher Balance von Carl Mertens gibt's bei Amazon.

Newton Pendel oder Kugelstoßpendel

Lenkt man bei diesem Spielzeug eine der Kugeln aus und lässt sie gegen die anderen schlagen, so geschieht etwas unerwartetes. Die Kugel kommt zum Stillstand. Dafür fliegt eine Kugel auf der gegenüber liegenden Seite des Pendels weg.
Newton Pendel Es handelt sich um einen elastischen Stoß bei dem der Impuls und die Bewegungsenergie erhalten bleibt. Unter Impuls versteht man das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit eines Körpers. Je größer die Masse und/oder die Geschwindigkeit, desto größer der Impuls.
Die erste Kugel überträgt nun ihren Stoßimpuls auf die zweite und kommt zur Ruhe. Von der zweiten Kugel wandert der Impuls zur dritten, zur vierten und bis zur letzten Kugel. Diese kann den Impuls nicht mehr weitergeben und fliegt weg.
Die Energie bleibt (fast) erhalten, weil die Reibung vernachlässigt werden kann ebenso wie der Drehimpuls. Entsprechend lang bewegt sich das Pendel. Lenkt man zwei Kugeln aus, so fliegen auch zwei Kugeln weg. Dies funktioniert selbst dann, wenn man vier der fünf Kugeln auslenkt. Auch in diesem Fall, schleudern auf der gegenüberliegenden Seite vier Kugeln weg, während eine ruhig hängen bleibt.
Eine Frage, die sich hier stellt, ist die folgende: Warum - lenkt man zwei Kugeln aus - fliegt nicht einfach eine mit der doppelten Geschwindigkeit weg? Spannende Fragen, die detailliert auf dieser Seite auf Englisch diskutiert werden.
Es gibt unendlich viele Spielarten für das Kugelstoßpendel. Man kann zum Beispiel auf beiden Seiten gleichzeitig Kugeln auslenken und beobachten, was passiert. Das Newton Pendel ist auch unter dem Namen Newton's Cradle oder Newtons Wiege bekannt. Erfunden hat es der französische Geistliche und Physiker Edme Mariotte. Er lebte im 17. Jahrhundert.

Das Kugelstoßpendel ist bei Amazon erhältlich. Die Grafik stammt von Dominique Toussaint, Wikipedia.

Klacker Balls

Wer die Klacker Balls nicht kennt, kann sich diese Seite der Nasa anschauen, auf der es um Klacker Balls in Space geht (auf Englisch). Die Klacker Balls sind ein gutes Beispiel für Impulserhaltung.

Klackers, Popper Knockers, Klicks Klacks

Diese Arcrylbälle mit Strippen waren in den 60ern und 70ern populär. Ziel war es, die Bälle mit einer Hand so in Schwingung zu versetzen, dass sie über und unter der Hand zusammen schlugen - und sobald man diese Hürde gemeistert hatte, seine Umgebung mit einem beständigen Geklacker verrückt zu machen. Zahlreiche Unfälle führten dazu, dass dieses Spiel zum Beispiel in den USA aus dem Verkehr gezogen wurde. Hier gibt es eine Seite mit Augenzeugenberichten (LOL=laugh out loud).

Das Leitermännchen(links) fällt die Leitern herunter und durchläuft dabei Stufe für Stufe - kopfüber und kopfunter. Der Grund: Es findet keinen Halt und verliert immer wieder neu das Gleichgewicht.

Das Stehaufmännchen dagegen ist ein Meister im Gleichgewicht halten, weil sein Schwerpunkt sehr tief liegt. Jede Lageveränderung führt dazu, dass dieser angehoben wird. Und hebt man den Schwerpunkt an, so fällt er natürlich auch wieder herunter, so dass sich das Männchen aufrichtet.

Der pickende Specht (links) ist mit der Stange durch eine Feder verbunden. Stößt man den Specht an, so schlägt der Kopf zurück. In diesem Moment, rutscht der Specht nach unten. Berührt der Schnabel wieder die Stange so bleibt der Specht an ihr haften. Beeindrucken ist vor allem die Gleichmäßigkeit, mit der sich der Vogel bewegt. Außerdem ist das Spielzeug ein schönes Beispiel für Haft- und Gleitreibung.