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Physik - Maxwellsches Rad

Das Maxwellsche Rad des Physikers James Clark Maxwell ist ein Schwungrad, welches im Prinzip wie ein Yo-Yo funktioniert:


Maxwellsches Rad im Technorama Ein Maxwellsches Rad selbst besteht aus einer Schwungscheibe, deren Achse horizontal an zwei Schnüren aufgehängt ist. Dreht man das Rad (von der toten Position aus) so wickeln sich die Schnüre um die Achse und das Rad hebt sich. Wird nun das aufgezogene Rad losgelassen, so führt es eine beschleunigte Bewegung aus, bis die Schnur wieder ganz abgewickelt ist. Das Rad verliert beim abrollen potentielle Energie und gewinnt kinetische und Rotationsenergie. Durch die Rotationsenergie wird die Schnur wieder aufgewickelt (weil kein Freilauf) und das Rad hebt sich wieder an.

Das Maxwellsche Rad ist wie auch ein Yo-Yo also ein Energieträger (Schwungrad):

Beim Aufrollen des Rades wird Hubarbeit verrichtet. Diese wird dann als Lageenergie gespeichert. Auf Grund der Erdanziehungskraft wird Beschleunigungsarbeit verrichtet, gleichzeitig wird auch noch Reibungsarbeit verrichtet. Dadurch wird die Lageenergie in Wärme- und Bewegungsenergie umgewandelt. Am Rad wird wieder Hubarbeit verrichtet, gleichzeitig wird Reibungsarbeit verrichtet. Die Bewegungsenergie wird in Lageenergie und Wärmeenergie umgewandelt. Auf Grund der Erdanziehungskraft usw... . Dieser Vorgang läuft so lange weiter bis die ursprünglich vorhandene Lageenergie komplett in Wärmeenergie umgewandelt worden ist.
 

Hier ein kleiner Versuch mit einem klassischen Yo-Yo zu Arbeit und Energie bei Rotation: 
Lasse das Yo-Yo mit abgewickelter Schnur fallen: Fall ist schnell, Yo-Yo bleibt unten. 
Lasse das Yo-Yo mit aufgewickelter Schnur fallen: Fall ist langsamer, Yo-Yo kommt wieder hoch

Wo steckt die Energiedifferenz? Offenbar in der Rotation!
Also verhilft die Rotationsenergie dass ein Freilauf-YoYo am Ende eines Tricks wieder aus dem Sleeper aufgeweckt werden kann.
Maxwellsches Rad - Beschreibung - klicken für grösseres Bild (Quelle Technorama) Auch Guru Harry hat sich mit dem Maxwellschen Rad befasst. Er nennt es im folgenden Akademisches Yo-Yo:

Zitat Harry Baier:

"Allgemeines: Ein klassisches Yo-Yo, dessen Schnurdicke unerheblich ist und dessen Spulenradius beim Ab- und Aufwickeln der Schnur konstant bleibt, nennen wir ein akademisches Yo-Yo. Nur solche finden gelegentlich Erwähnung in Lehrbüchern der Mechanik. Wie ein akademisches Yo-Yo benimmt sich das Maxwellsche Rad, das an zwei Schnüren aufgehängt ist, die sich zu beiden Seiten des Schwungrades in nebeneinanderliegenden Windungen auf die Welle wickeln.

Wirkungsweise: Beim akademischen Yo-Yo bleibt der Spulendurchmesser während der gesamten Bewegung konstant. Deshalb sind Fallen und Steigen gleichförmig beschleunigte Bewegungen. Zum Unterschied von frei fallenden Körpern wird das Yo-Yo durch die Schnur gezwungen, sich zu drehen. Dabei wird die zur Verfügung gestellte Gesamtenergie aufgeteilt: Ein Teil der Energie kommt der Fallgeschwindigkeit zugute, der andere Teil der Energie sorgt für die Drehung des YoYos." (Quelle: Yo-Yo World Trickbuch von Harry Baier S. 32)
 

Ein Video des Versuchsaufbaus im Technorama in Winterthur gibt es hier.

TYM.de!