Weihnachtspyramide - die Funktion physikalisch erklärt

Weihnachtspyramide - die Physik dahinter

Die bekannten Weihnachtspyramiden mit einem Flügelrad, Etagen mit Figuren und Kerzen aus dem Erzgebirge (und neuerdings auch aus China) kennen die meisten. Und für viele gehört solch eine Pyramide einfach zu Weihnachten dazu.

• Der Rundlauf der Figuren wird natürlich - wie jeder schnell erkannt hat - durch die nach oben steigenden, heißen Gase der Kerzen verursacht.
• Auch wenn es auf den ersten Blick nicht so aussieht, ist solch eine Weihnachtspyramide ein kleines Wärmekraftwerk.
• Ähnlich wie in großen Kraftwerken heißer Dampf eine Turbine durchströmt und sie zur Stromerzeugung antreibt, so treibt hier das heiße Gas (faktisch als Dampfersatz) ein Flügelrad an, das man getrost als Vorläufer der heutigen Turbinen auffassen kann.
• Wichtig ist dabei natürlich der richtige, sprich optimaler Abstand, zwischen den Kerzen und dem Flügelrad. Ein kleiner Abstand ist - wider Erwarten - ungünstig für den rasanten Umlauf der Figuren. Die Gase der Kerze sind zwar ziemlich heiß, haben jedoch in der Nähe der Kerze noch kleine Aufstiegsgeschwindigkeiten, ähnlich einer Heizung, deren Schornstein einfach zu kurz ist.


Was wiegt Luft? - Experiment und Erklärung

Was wiegt eigentlich Luft? Das muss doch unvorstellbar wenig sein, vielleicht hat sie sogar gar …

• Aber auch große Abstände sind natürlich ungünstig, da sich der aufsteigende Gasstrom irgendwann einmal schlicht und einfach mit der umgebenden Luft vermischt.
• Auch die Stellung der Flügel ist wichtig. Stellt man diese vollkommen flach, so ist die Angriffsfläche für die aufsteigenden Gase natürlich maximal. Allerdings staut sich die Luft dann unter den Flügeln, der Durchlass ist einfach zu gering. So wird der Aufwind abgebremst.
• Stellt man die Flügel hingegen sehr steil, so kann das heiße Gas das Flügelrad gut durchströmen. Aber in diesem Fall ist natürlich die Angriffsfläche nur gering.
• Optimal ist also ein Anstellwinkel irgendwo dazwischen, den Sie durch Ausprobieren (leider) herausfinden müssen. Und: Er hängt natürlich von der Geschwindigkeit der heißen Gase ab.

Eine eigene kleine Mühle - ein Experiment zum Nachbau

Wenn Sie Lust haben, können Sie eine kleine Pyramide (natürlich ohne Figuren und nur wenig weihnachtlich) selbst bauen. Die einfachste Variante hat statt eines Flügelrades nur eine Spirale (genau die, die auch in vielen Kaufhäusern oft herumhängen und sich in der aufsteigenden Luft drehen).

1. Schneiden Sie aus Papier oder einer leichten Pappe eine spiralige Papierschlange aus.
2. Spießen Sie nun die eine Seite einer längeren Nadel oder einer Stricknadel in einen Korken, den Sie auf einer Pappe befestigen.
3. Auf das andere Ende der Nadel spießen Sie das innere Ende der Spirale auf, sodass diese um die Nadel herum herunterhängt.
4. Nun stellen Sie noch ein Teelicht auf einer Seite unter die Spirale. Achten Sie darauf, dass nichts anbrennt!
5. Sie werden bemerken, dass es durchaus genügt, nur eine Seite dieser wirklich einfachen Wärmemühle anzutreiben - wie übrigens auch wirklich gute Weihnachtspyramiden mit nur einer Kerze funktionieren.