Die Vorerfahrungen der Kinder bieten einen guten Ausgangspunkt, um mit ihnen das Thema Wind (bewegte Luft) und Windräder zu erkunden. Sicherlich haben viele Kinder schon einmal ein Windrad beobachten können oder große Windparks gesehen.

Kinder haben in ihrem Alltag viele Möglichkeiten, bewegte Luft oder Wind zu erleben. Sie ...

• spüren Luft, wenn es windig ist oder wenn es im Haus einen Durchzug gibt
• benutzen einen Ventilator, um sich abzukühlen
• beobachten, wie der Wind im Herbst Blätter durcheinanderwirbelt
• sehen ein Windrad, dessen Flügel sich drehen
• laufen bei stürmischem Wetter mit einem Regenschirm herum und spüren den Widerstand der Luft oder die Kraft des Windes
• beobachten ein Segelboot oder einen Windsurfer, die sich mit Hilfe ihrer Segel fortbewegen können

Die Vorstellungen von Kindern über Luft sind stark durch Alltagserfahrungen sowie die Alltagssprache geprägt. In der Alltagssprache wird der Begriff „Luft“ häufig im Sinne von „Leere“ oder „Nichts“ verwendet. Diese Vorstellung von Luft als leerem Raum ist bei Kindern weit verbreitet. Andererseits schreiben Schülerinnen und Schüler aber häufig der Luft lebendige Attribute zu: Luft kann in Räume „hineinkommen“ oder „herausgehen“.

Die Existenz von Luft erkennen schon Kinder in einem Alter von ca. fünf Jahren, aber zunächst vor allem in bewegten Phänomenen, in denen die Luft auch spürbar ist. Außerdem scheint es leichter zu sein, die Existenz von Luft in einem offenen Behälter zu beurteilen als in einem geschlossenen.

Schieder (1997) befragte Drittklässlerinnen und Drittklässler zur Frage „Was ist Wind“. Fast alle Schülerinnen und Schüler konnten die Bewegung der Blätter mit dem Wind in Verbindung bringen, aber das Phänomen nicht erklären. Ein Großteil der Kinder äußerte beim genauen Nachfragen, dass es sich bei Wind um bewegte Luft handelt und konnte die Windrichtung richtig beschreiben. Über die Entstehung von Wind gab es keine konkreten Vorstellungen: „Wenn sie etwas angeben, dann meist […]: Die Bäume bewegen sich und setzen die Luft in Bewegung (= Wind) und von diesem Wind werden wiederum die Bäume in Bewegung gesetzt.“

Maurus (2006) befragte sechs- bis siebenjährige Grundschulkinder zu bewegter Luft aus einem Föhn, die ein Auto antreiben sollte:

• Alle Kinder vermuteten vorher, dass beim Anschalten des Föhns das Auto losfahren würde
• Ein Schüler bezeichnete die strömende Luft als Wind
• Drei Schülerinnen und Schüler begründeten die Bewegung des Autos mit der Kraft der Luft, die aus dem Föhn strömt
• Vier Schülerinnen und Schüler umschrieben es so, dass die Luft aus dem Föhn stark sei

WORTSPEICHER

Wind · Windrad · Flügel · Drehung · Windrichtung · Windmühle · bewegte Luft · Windpark · Rotorblätter

Für das Verständnis der Funktionsweise von Windrädern ist folgendes Vorwissen von Vorteil:

• Luft nimmt Raum ein, ist also nicht „Nichts“
• Wind ist bewegte Luft
• Wind/bewegte Luft kann andere Dinge bewegen

Da man Luft direkt nicht sehen oder anfassen kann, braucht man weitere Materialien, die es erlauben, Luft und ihre Bewegung sichtbar zu machen. Durch die Bewegung der Windräder kann also indirekt die Bewegung der Luft beobachtet werden. Wertvolle Vorerfahrungen zum Antreiben mit Luft könnten hier zum Beispiel sein: verschiedene Kugeln (z. B. aus Holz, Styropor, Watte) mit verschiedenen Antreibern (z. B. Strohhalm, Luftpumpe, Fächer) bewegen oder beobachten, wie der Wind kleine Gegenstände durch die Luft wirbelt.

Baut man die Windräder genau nach Anleitung, erhält man ein funktionierendes Windrad, das evtl. noch optimiert werden kann. Hier werden aber wichtige Erkenntnisse hinsichtlich der Funktionsweise und des Aufbaus eines Windrads vorweggenommen. Daher ist es sinnvoll, den Kindern Freiräume zur Erprobung eigener Ideen anzubieten. Das kann vorher geschehen, indem man die Kinder zuerst nach ihren eigenen Vorstellungen Windräder bauen lässt und diese dann gemeinsam analysiert, oder im Nachhinein, indem zum Beispiel noch andere Windräder mit anderen Materialien in verschiedenen Größen und Formen gebaut werden.

Die selbstgebauten Windräder sollten für den bestmöglichen Antrieb aus leichtem Material angefertigt werden und deren Achse sollte parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet sein.

Die Achse ist in dieser Lernumgebung der Draht, welcher im rechten Winkel vom Holzstab abgeht. Auf diese Achse sind die einzelnen Papierflügel mit etwas Spiel aufgefädelt. Dadurch werden Reibungsverluste verringert und das Rad kann sich leichtgängig auf der Achse drehen. Durch die beschriebene Lagerung kann das Windrad sich auch noch einige Zeit weiterdrehen, wenn kein Wind mehr weht.

Aus der Beobachtung der Windräder können die Kinder verschiedene Schlüsse ziehen. Windräder drehen sich, wenn:

• bewegte Luft (Wind) diese antreibt. Je stärker der Wind weht, desto schneller dreht sich das Windrad
• das Windrad durch die Luft bewegt wird. Je schneller das Windrad durch die Luft bewegt wird, desto schneller dreht es sich
• die Rotorblätter schräg angeordnet sind

Versprachlichen Sie mit den Kindern ihre Beobachtungen, fragen Sie evtl. vorher nach den Vermutungen der Kinder und gehen Sie über ihre Hypothesen in den Austausch.

Erfahrungsgemäß ist das exakte Ausschneiden von Vorlagen und das Biegen von Draht für die Kinder eine motorische Herausforderung. Hier brauchen Kinder im Kita-Alter vermutlich noch Unterstützung.

WEITERE IDEEN

Als Einstieg oder zur Vertiefung bieten sich weitere Impulse an:

• Auf Windsuche gehen. Wo gibt es windige und windstille Stellen in der Umgebung?
• Ist es jeden Tag gleich windig? Die Kinder können einen Windkalender erstellen.
• Kommt der Wind immer aus der gleichen Richtung? Auch hier können Langzeitbeobachtungen über mehrere Tage oder Wochen dokumentiert werden.
• Wo gibt es Windräder in der unmittelbaren Umgebung? Geht auf die Suche. Wie sehen diese aus?
• Für die Grundschule: Mit dem Windrad Windrichtung und –stärke messen und dokumentieren. Weitere Windmesser bauen (z. B. Windsack).
• Einen Ventilator genau beobachten. Hier sind die Rotoren auch leicht gedreht wie beim Windrad. Die Funktion ist allerdings genau andersherum. Der Rotor wird elektrisch angetrieben und bewegt die Luft.
• Aus einer PET-Flasche einen Oktopus basteln. Wichtig: Die „Arme“ werden schräg eingeschnitten und auch schräg abgeknickt. Wenn man ihn an einer Schnur hinter sich herzieht, dreht der Oktopus sich.

Damit Windräder sich drehen, benötigt man Wind. Wind entsteht dadurch, dass Luft bewegt wird. In einem geschlossenen Raum kann Luft beispielsweise durch das Wedeln mit einem Karton bewegt und dadurch Wind erzeugt werden.

In der Natur entstehen Luftbewegungen am häufigsten durch Temperaturunterschiede. Die erwärmte Luftschicht bewegt sich nach oben und kalte Luft strömt von unten auf den „freigewordenen“ Platz nach. In flachen Gegenden oder am Meer weht der Wind daher auch meistens von der Seite über das Land und seltener von oben nach unten. Aus diesem Grund sind alle Windräder parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet.

Windräder werden also durch bewegte Luft (Wind) angetrieben. Den besten Antrieb verursacht der Wind, wenn dieser frontal auf das Windrad trifft. Dabei trifft die Luft (im Winkel von ca. 45°) auf die schräggestellten Rotorblätter und drückt diese „zur Seite“ weg. Aus einer geradlinigen Bewegung der Luftmasse wird somit eine Rotationsbewegung des Rotors.

Würden die Rotorblätter nicht schräg stehen, würde die Luft im 90° Winkel aufprallen und direkt wieder in die entgegengesetzte Richtung zurückgeschleudert werden. Das Windrad könnte sich dann nicht drehen, da in diesem Fall nur eine Kraft in Richtung der Drehachse ausgeübt würde.

Selbstgebaute Windräder können sich auch bei Windstille drehen. Da es im Grunde egal ist, ob eine Luftmasse mit einer Geschwindigkeit auf den Rotor trifft oder das Windrad mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch die Luft bewegt wird. In beiden Fällen prallen Rotor und Luft aufeinander.