Umkehrkreisel sind eine wundersame Angelegenheit. Dreht man sie feste an, stellen sich plötzlich auf den Kopf bzw. auf den Stiel und drehen dort weiter. Der Schwerpunkt bewegt sich also von unten nach oben und anschaulich lässt sich dieses Verhalten und die Physik dahinter kaum erklären, noch nicht einmal gescheit berechnen. Es steht nur fest: Verantwortlich dafür sind verschiedene besondere Eigenschaften, die dieses naturwissenschaftliche Spielzeug mitbringt.
Wie funktioniert ein Stehaufkreisel? Erklärung
Zum einen ist ein Stehaufkreisel vergleichbar mit einem Stehaufmännchen. Auch bei diesem liegt der geometrische Mittelpunkt über dem Massenmittelpunkt. Aus diesem Grund zeigt der Stehaufkreisel ein ähnliches Verhalten wie ein Stehaufmännchen. Kippt man ihn aus der Ruhelage, fällt er in diese zurück.
Dreht man den Wendekreisel jedoch an, macht sich die breite Auflagefläche bemerkbar. Diese sorgt für Reibung, der Kreisel beginnt zu kippen und stellt sich schließlich auf den Stiel. Der Drehimpuls ändert sich dabei nicht. Das ist das Seltsamste daran. Energetisch ist es aber für den Wendekreisel am günstigsten auf dem Kopf zu drehen.
Entscheidend für den „Kopfstand“ des Stehaufkreisels ist die Reibung auf der Unterlage, die in Kombination mit der Rotationsbewegung und dem Schlupf zu einer Kraft führt, die den Kreisel umzudrehen vermag. Weiter steht ein Dokument zum Download bereit, in dem sich eine genauere Erklärung für das Verhalten des Kopfstandkreisels findet.
Zwei Nobelpreisträger und ein Wendekreisel
Es gibt ein schönes Bild von zwei berühmten Physikern, den Nobelpreisträgern Niels Bohr und Wolfgang Pauli, die sich über einen Stehaufkreisel in Aktion beugen und – man kann es nur vermuten – sich über dessen erstaunlichen Eigenschaften unterhalten oder sich zumindest daran erfreuen. Das besagte Bild entstand 1951, was nicht verwundert, denn gerade zu dieser Zeit wurde dieses Physikspielzeug populär.
Heutzutage gibt es Stehaufkreisel bzw. Wendekreisel in allen nur erdenklichen Größen und Materialien. Im Folgenden ein Video zu diesem wunderbaren Physikspielzeug.
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Wer hat den Umkehrkreisel erfunden?
Am 7. Oktober 1891 erhielt Helen Sperl aus München das Patent auf einen Wendekreisel, den sie wie folgt beschrieb:
Der Erfindungsgegenstand besteht in einem Kreisel, welcher massiv oder hohl, aus Metall, Holz, Papiermache oder aus einem beliebigen Stoff hergestellt sein kann, dessen untere Fläche beiläufig die Form einer Halbkugel zeigt, während die obere Fläche beliebige Formen (eben, ausgehöhlt oder gewölbt) haben kann. Senkrecht zur Mitte der oberen Fläche und mit dieser fest zusammenhängend ist ein Stiel angeordnet, durch welchen der Kreisel mittelst der Hand in Drehung versetzt wird. […] Versetzt man einen solchen Kreisel, wie er durch die Zeichnung dargestellt ist, […] in Drehung, […] tritt die scheinbar plötzliche Wendung der unteren Fläche nach oben ein. Wenn nun der Kreisel z. B. auf der unteren Fläche roth, auf der oberen blau bemalt ist, so wirkt das Spielzeug beim Umspringen des Kreisels überraschend schön durch den Farbenwechsel.
Quelle:
