Büroklammern sind allgegenwärtig. Sie schaffen aber nicht nur Ordnung im Papierstapel sondern lassen sich auch für verblüffende physikalische Experimente einsetzen. So geben sie einfache Kreisel ab und veranschaulichen die Formen von Ketten und Hängebrücken.
Vater der Büroklammern
Abbildung 1
Dem Norweger Johan Vaaler wird die Erfindung der Büroklammern zugeschrieben. Er ließ sie 1899 in Deutschland patentieren, da Norwegen kein Patentamt hatte. Im Jahr 1999 erschien eine Briefmarke zum Gedächtnis dieser epochalen Erfindung (siehe Abbildung 1).
Vaaler vermarktete seine Erfindung nicht. Das geschah kurze Zeit später in den Vereinigten Staaten. Dort beruft man sich auf ein noch früheres US-Patent. Mittlerweile gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Formen von Büroklammern; Milliarden werden jährlich verbraucht.
Physik mit Büroklammern: Kreisel
Wie kann man aus einer Büroklammer in möglichst einfacher Weise einen Kreisel herstellen? Der Japaner Takao Sakai hat einige interessante Möglichkeiten beschrieben. Man biege den Draht der Büroklammer auf einem Kreis so um eine Achse, dass der Schwerpunkt des Kreisels in der Kreiselachse liegt, die wiederum aus zwei Halbachsen besteht (Abbildung 2). Dazu muss der Winkel β zwischen den Speichen gerade eine Größe von 53,13 Grad haben. Diesen Winkel zu berechnen ist eine Aufgabe für Physikstudierende im ersten Jahr ihres Studiums (siehe Infokasten unten „Der Büroklammerkreisel“).
Bei der Konstruktion nehme man Büroklammern mit möglichst weichem Draht. Die lassen sich sogar ohne Zange verformen. Auf die genaue Einhaltung des Winkels und der Kreisform kommt es nicht an. Am Wichtigsten ist, dass der Schwerpunkt in der Achse liegt. Dieser Kreisel ist ersichtlich unsymmetrisch. Es gibt jedoch auch einen symmetrischen Büroklammerkreisel (Abbildung 3). Der Winkel β zwischen den Speichen beträgt hier 33,69 Grad. Die Berechnung dieses Winkels ist aufwändiger. Auch die Konstruktion ist schwieriger, da mehr Speichen und Rundungen gebogen werden müssen.
Physik mit Büroklammern: Stehaufkreisel
Ungewöhnlich einfach ist die Konstruktion eines – zweidimensionalen – Stehaufkreisels aus einer Büroklammer (Abbildung 4), die wir nur bei Kamishina gesehen haben. Wie aus der Abbildung ersichtlich, fällt der Schwerpunkt des Kreisels nicht mit dem Mittelpunkt des äußeren Kreises zusammen. Das ist ein charakteristisches Konstruktionsmerkmal des klassischen Stehauf- oder Wendekreisels, der normalerweise aus einem Kugelteil mit Stift besteht. Das Andrehen dieses Stehaufkreisels ist etwas mühsam, da man ihn außen am Kreisrand anfassen muss und deswegen keine sehr hohe Drehzahl erreicht. Der Effekt ist jedoch deutlich sichtbar. Etwas besser geht es,wenn man mit den Zeigefingern (jeweils in entgegengesetzte Richtung) gegen die gegenüberliegenden Seiten des Kreisels stößt. Aber das muss man etwas üben. In jedem Fall ist dieser Stehaufeffekt nicht so spektakulär wie bei dem massiven Stehaufkreisel. Der Stehaufkreisel aus einer Büroklammer ist eine Variation des Kreisels aus einer Münze oder Scheibe mit einem exzentrischen Loch. Auch hier fällt der Schwerpunkt nicht mit dem Mittelpunkt der Münze zusammen. Für das Verhalten des Stehaufkreisels gibt es leider keine einfache Erklärung, die sich mit wenigen Sätzen formulieren lässt.
