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Magnus-Effekt in 4 Schritten nachstellen

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Magnus Effekt in 4 Schritten nachstellen

Den Magnus-Effekt sollte jeder kennen, der seine Freunde beim Fußball mal richtig beeindrucken oder den Gegner beim Tischtennis austricksen will. Dabei wird ein Ball nämlich so angeschnitten, dass er sich in einer gekrümmten Bahn bewegt. Das sorgt auf jeden Fall für einen Überraschungsmoment!

Was ist der Magnus-Effekt?

Den sogenannten Magnus-Effekt lernen Schüler spätestens dann kennen, wenn sie Physik in der Schule haben. Jedoch interessieren sich die meisten schon viel früher für Naturwissenschaften (vgl. Vester 2018)! Ihre Neugier wird zum Beispiel geweckt, wenn sie naturwissenschaftliche Experimente durchführen und herausfinden wollen, was da eigentlich passiert. Der Magnus-Effekt wurde im Jahr 1852 nach seinem Entdecker Heinrich Gustav Magnus benannt. Er war Professor an der Humboldt-Universität Berlin.

Herr Magnus hat jedenfalls herausgefunden, dass, wenn man einen runden Gegenstand – wie etwa einen Ball – wirft, er verschiedene Flugbahnen einschlagen kann. Er kann zum Beispiel ganz gerade fliegen oder jedoch in einer Kurve. Diese Kurve entsteht, wenn man den Ball vorher in eine bestimmte Richtung schubst. Das nennt man auch„Den Ball anschneiden“. Dabei wirkt eine bestimmte Kraft auf den fliegenden Gegenstand, die ihn rotieren lässt. Diese Kraft nennt man auch Querkraft und sie ist dabei so etwas Ähnliches wie die Erdanziehungskraft (vgl. Bond/Kliche 2011). Von der hast Du doch sicherlich schon gehört, oder? Im Kurs Physik wird zum Beispiel erklärt, warum diese Kraft im Weltraum nicht wirkt.

Tipp:

Wolltest Du schon immer einmal wissen, welche physikalischen Kräfte unser Universum zusammenhalten? Dann schau doch mal im Workshop Astronomie vorbei!

Wie kann man den Magnus-Effekt erklären?

Der Magnus-Effekt tritt gemäß den Naturwissenschaften immer dann ein, wenn sich ein Ball durch die Luft bewegt und gleichzeitig um sich selbst dreht. Durch diese Drehung um die eigene Achse wird der Luftdruck, der auf den Ball einwirkt, dabei ungleichmäßig verteilt. Der Ball gerät dadurch sozusagen ins Schlingern und kann nicht mehr einfach geradeaus fliegen. Die eine Ballseite dreht sich nämlich mit der Luftströmung, während die entgegenkommende Luft durch die Geschwindigkeit des Balls abgebremst wird. Wenn Du in den Ferien noch nichts vorhast, kannst Du ja versuchen den Effekt beim Ballspielen zu beobachten.

Wer Wasser mag, kann den Magnus-Effekt zudem auch in diesem Element beobachten. Schließlich haben die Naturwissenschaften für kleine Entdecker generell so viel zu bieten! Das gilt außerdem nicht nur für Chemie oder Physik. Denn auch in Biologie gibt es viele spannende Beobachtungen und Versuche zu machen.

Magnus-Effekt Experiment in 4 Schritten

Unser Experiment zum Magnus-Effekt kannst Du ganz einfach zu Hause nachmachen. Daher eignet sich der Versuch bereits für die Vorschule! Experimente sind erwiesenermaßen sehr gut geeignet, damit man sich Gelerntes leichter merken kann (vgl. Landwehr/Rüter 2019). So macht auch die Ferienbetreuung richtig Spaß!

1. Was brauchst Du für das Experiment? 

  • eine leere Küchen- oder Klopapierrolle
  • ein Blatt Moosgummi in DIN A4 Größe
  • eine Schere
  • Klebestreifen (z. B. Tesafilm)
  • zwei einfache Haushaltsgummis
Magnus-Effekt: Materialien
Abb. 1: Utensilien für das Experiment zum Magnus-Effekt

2. Die Vorbereitung

Als erstes wickelst Du das Moosgummi einmal um die Rolle herum. Achte jedoch darauf, dass es sich nicht überlappt. Dazu kannst Du das überstehende Stück einfach abschneiden. Anschließend kannst du es mit Klebestreifen fixieren.

Magnus-Effekt: Rolle vorbereiten
Abb. 2: Zuerst wird die Rolle für das Experiment zum Magnus-Effekt vorbereitet

Als letzten Schritt musst Du schließlich nur noch die beiden Haushaltsgummis zusammenknoten.

Haushaltsgummi zusammenknoten
Abb. 3: Dann werden die Haushaltsgummis zusammengeknotet

3. Durchführung des Experiments

Halte nun die Moosgummirolle in einer Hand und wickle die aneinandergebundenen Gummis der Länge nach darum. Dazu hältst Du das eine Ende der Gummikette mit dem Daumen fest und wickelst sie von hinten nach vorne um die Rolle herum.

Der richtige Griff
Abb. 4: Der richtige Griff für das Experiment

Nun spannst Du das Gummi etwas und lässt die Rolle los.

4. Beobachtung und Erklärung

Die Moosgummirolle sollte dann laut Magnus-Effekt in einem Bogen nach oben fliegen und anschließend auf dem Boden landen.

Unser Tipp:

Keine Sorge, wenn es nicht gleich geklappt hat. Denn man muss ein bisschen ausprobieren, in welchem Winkel und mit welcher Spannkraft es funktioniert. Übung macht aber schließlich den Meister!

Dass die Rolle in dieser Kurve fliegt, liegt dabei an den ungleichen Luftströmungen. Oberhalb der Rolle wird sie beschleunigt und unterhalb abgebremst. Das führt dazu, dass sie zuerst nach oben saust, bevor die Erdanziehung sie wieder hinunter auf den Boden zieht.

So wird der Magnus-Effekt erzeugt
Abb. 5: So wird der Magnus-Effekt erzeugt

Bedeutung für Sport & Technik

Der Magnus-Effekt ist für verschiedene Sportarten von großer Bedeutung, zum Beispiel beim Tennis, Golf oder Fußball. Bei letzterem ist dieser Spielzug besonders spektakulär und hat sogar einen eigenen Namen: Bananenflanke. Sie heißt deswegen so, weil die Flugbahn des Balls gekrümmt ist – eben wie eine Banane. Aber wann kann man diesen Effekt beim Fußballspiel nutzen? Zum Beispiel bei einem Freistoß, wenn man den Ball in einer Kurve über oder um die gegnerische Mauer herum schießen will. Der Spieler muss für so eine Bananenflanke den Ball jedoch richtig treffen. Dazu schneidet er ihn mit der Fußinnenseite an, sodass der Ball im Flug um sich selbst kreist (vgl. Wesson 2005).

Darüber hinaus spielt der Magnus-Effekt aber auch beim Bau von Schiffen und Wagen eine Rolle! Zum Beispiel beim sogenannten Flettner-Rotor, einem rotierenden Zylinder, der die Querkraft nutzt, damit sich ein Schiff oder Wagen bewegt. Weitere Infos zu den physikalischen Kräften, die Du kennen solltest, findest Du außerdem in der Tabelle.

Tabelle 1: Verschiedene physikalische Kräfte

Fragen zu der KraftErdanziehungskraftMagnetische KraftQuerkraft (Magnus-Effekt)
Wo wirkt sie?Sie wirkt auf alle Dinge auf der Erde.Zwischen einem Magneten und Gegenständen aus Eisen, Kobalt und NickelAn rotierenden kugelförmigen Gegenständen
Wie wirkt sie?Alles, was ein Gewicht hat, wird zur Mitte der Erde gezogen.Aufgrund von unterschiedlich geladenen PolenDurch ein Ungleichgewicht des Luftdrucks beim Flug
Wodurch kann ich sie erleben?Die Erdanziehungskraft wirkt die ganze Zeit unbemerkt auf Dich ein!Nimm zum Beispiel einen Kühlschrankmagneten und eine Büroklammer, und schau, was passiert!Versuche beim Fußball oder Tischtennis den Ball mit dem Fuß bzw. mit dem Schläger so anzuschneiden, dass er eine Kurve fliegt!

Übungsblatt zum Magnus-Effekt

Du möchtest sichergehen, dass Du den Magnus-Effekt richtig verstanden hast? Dann beantworte einfach unsere Fragen auf dem untenstehenden Übungsblatt. Natürlich stellen wir Dir hierzu auch die Lösungen zur Verfügung. Deshalb ist das Arbeitsblatt eine gute Ergänzung im Homeschooling.

Sind die Naturwissenschaften nicht faszinierend? Der Magnus-Effekt ist dabei überall im Alltag zu beobachten. So vieles, was um uns herum geschieht, nehmen wir jedoch gar nicht wahr. Dabei können wir vieles selbst gestalten und hinterfragen! Es gibt in der Welt noch viel zu entdecken.

Literatur

Bond, Peter; Kliche, Martin (2011): Weltraum für clevere Kids. 1. Auflage München.

Landwehr, Kerstin; Rüter, Martina (2019): Wer experimentiert, kapiert! 7. Auflage München.

Vester, Frederic (2018): Denken, Lernen, Vergessen: Was geht in unserem Kopf vor, wie lernt das Gehirn, und wann lässt es uns im Stich? 38. Auflage München.

Wesson, John (2005): Fußball – Wissenschaft mit Kick. Von der Physik fliegender Bälle und der Statistik des Spielausgangs. 1. Auflage München/Heidelberg.

FAQs zum Magnus-Effekt

Wie wurde der Magnus-Effekt entdeckt?

Professor Magnus war Physiker und hat den Effekt zufällig bei einem Experiment mit Strömungen entdeckt! Dies ist bei sehr vielen Entdeckungen der Fall.

Funktioniert der Magnus-Effekt nur bei runden Gegenständen?

Theoretisch tritt er auch bei drei- oder viereckigen Prismen auf, aber am besten ist er auf jeden Fall bei Kugeln oder Zylindern zu beobachten.

Unterscheidet sich der Magnus-Effekt in der Luft und im Wasser?

Nein, ein runder Körper verhält sich in beiden Elementen gleich. Es kommt lediglich auf die Rotation und die Luft- bzw. Wasserströmung an.

Warum nutzen Fußballspieler nicht einfach alle den Magnus-Effekt, um mehr Tore zu schießen?

Man muss die Technik schon sehr gut beherrschen, damit die Bananenflanke klappt. Das Risiko ist unter dem Spieldruck deshalb für viele zu hoch.

Gibt es eine Formel, um den Magnus-Effekt zu berechnen?

Natürlich, die Querkraft errechnet sich mit der Formel F = ∆p x A, wobei F für die Querkraft steht, ∆p für die Luftdruckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Gegenstands und A dessen Querschnittsfläche ist.

Weitere Versuche unter: Experimente

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