Kompass aus Nähnadel und Kork
AFB I–IIAus einer Nähnadel, einer dünnen Korkscheibe, einer flachen Schüssel mit Wasser und einem Stabmagneten lässt sich ein einfacher Kompass bauen (Material M1).
Die Bauschritte stehen absichtlich in der falschen Reihenfolge.
Die Korkscheibe soll die Nadel tragen, ohne sie am Drehen zu hindern.
- Gib die richtige Reihenfolge der vier Bauschritte an.
- Begründe, wozu das Wasser und der Kork gebraucht werden — die Nadel ist doch schon magnetisch.
- Ein Schüler möchte statt der Schüssel aus Glas eine aus Eisenblech nehmen. Beurteile diesen Vorschlag.
Tipp zu Aufgabe a)
Tipp zu Aufgabe b)
Tipp zu Aufgabe c)
Lösung zu Aufgabe a)
Richtige Reihenfolge: Q – S – R – P.
Zuerst wird die Nadel bestrichen und dadurch magnetisiert (Q). Dann wird die Schüssel mit Wasser gefüllt (S). Anschließend legt man die Nadel auf den Kork (R). Zuletzt schwimmt beides frei im Wasser und die Nadel dreht sich nach Norden (P).
Lösung zu Aufgabe b)
Eine magnetisierte Nadel richtet sich nur dann nach dem Erdmagnetfeld aus, wenn sie sich frei drehen kann. Das Erdmagnetfeld ist nämlich sehr schwach — schon ein wenig Reibung hält die Nadel fest.
Auf dem Tisch bliebe sie deshalb einfach liegen. Der Kork trägt sie, das Wasser lässt den Kork fast reibungsfrei gleiten.
Kork und Wasser übernehmen also die Aufgabe, die beim echten Kompass das Drehlager auf der feinen Spitze hat.
Lösung zu Aufgabe c)
Der Vorschlag ist ungeeignet. Die Schüssel aus Eisenblech besteht aus einem magnetischen Stoff und wird deshalb von der Nadel angezogen — und zieht die Nadel ihrerseits an.
Weil diese Anziehung viel stärker ist als die Wirkung des Erdmagnetfeldes, würde die Nadel zum nächstgelegenen Rand zeigen statt nach Norden. Der Kompass wäre unbrauchbar.
Aus demselben Grund besteht das Gehäuse eines echten Kompasses aus Kunststoff, Aluminium oder Messing — also aus nichtmagnetischem Material.
Die Wanderung mit der falschen Richtung
AFB II–IIIEine Klasse wandert auf einem geraden Waldweg, der laut Karte genau nach Norden führt. An vier Stellen bleibt die Gruppe stehen und liest den Kompass ab. Der Weg macht dabei keine Kurve.
Die Messungen und die Umgebung stehen in Material M2. Der Wert 0° bedeutet „genau nach Norden“.
| Stelle | Umgebung | Anzeige des Kompasses |
|---|---|---|
| 1 | freies Feld | 3° |
| 2 | direkt an einem Metallzaun aus Eisen | 68° |
| 3 | Waldweg, Handy in der anderen Hand | 4° |
| 4 | Lichtung, nichts in der Nähe | 3° |
In Deutschland weicht die Kompassnadel derzeit um etwa 3° vom geografischen Norden ab (Missweisung).
- Gib an, welche Messung unbrauchbar ist, und erkläre die Ursache.
- Drei Messungen zeigen 3° oder 4° statt 0°. Deute diese Abweichung.
- Eine Schülerin schlägt vor, den Kompass wegzulassen und stattdessen nur die Handy-App zu benutzen. Beurteile den Vorschlag für eine mehrtägige Wanderung.
Tipp zu Aufgabe a)
Tipp zu Aufgabe b)
Tipp zu Aufgabe c)
Lösung zu Aufgabe a)
Unbrauchbar ist Messung 2 mit 68°. Der Weg macht keine Kurve, alle anderen Werte liegen bei 3° bis 4° — dieser Wert kann nicht stimmen.
Die Ursache steht in derselben Zeile: der Eisenzaun. Eisen ist magnetisch und wird von der Nadel angezogen; gleichzeitig verzerrt es das Magnetfeld in seiner Umgebung.
Die Nadel richtet sich deshalb nach dem Zaun statt nach dem viel schwächeren Erdmagnetfeld aus. Beim Ablesen muss man Abstand zu Eisen, größeren Metallteilen und Stromleitungen halten.
Lösung zu Aufgabe b)
Die Abweichung von etwa 3° ist kein Messfehler, sondern die Missweisung.
Der magnetische Nordpol der Erde liegt nicht genau am geografischen Nordpol. Die Kompassnadel zeigt zum magnetischen Pol, die Karte richtet sich nach dem geografischen — und dazwischen liegt in Deutschland zurzeit rund 1 bis 3 Grad.
Der Wert 4° bei Messung 3 unterscheidet sich davon nur um ein Grad; das liegt im Bereich der Ablese-Ungenauigkeit und ist kein Hinweis auf eine Störung durch das Handy.
Lösung zu Aufgabe c)
Als alleinige Lösung ist der Vorschlag riskant. Die App braucht einen geladenen Akku, und auf einer mehrtägigen Tour gibt es oft keine Lademöglichkeit. Kälte entlädt den Akku zusätzlich schneller.
Außerdem steckt im Handy ebenfalls nur ein Magnetfeldsensor — er wird von Eisen und Magneten genauso gestört wie die Nadel, wie Messung 2 zeigt.
Sinnvoll ist die App als bequeme Ergänzung, der einfache Kompass aber als Reserve: Er braucht keinen Strom, ist robust und funktioniert auch bei Regen und Kälte. Genau deshalb gehört er auf Schiffen und Flugzeugen bis heute zur Notausrüstung.