Aufwärtsrollender Doppelkegel - handgefertigt aus Holz

Der Aufwärtsrollende Doppelkegel ist ein Klassiker im Bereich naturwissenschaftliches Spielzeug. Setzt man den Doppelkegel auf das spitze Ende der Schienen, so rollt er los. Dabei scheint es so, als würde der Doppelkegel die schiefe Ebene entgegen der Schwerkraft hinaufrollen.

Obwohl der Doppelkegel optisch den Eindruck erweckt, bergauf zu rollen, bewegt er sich tatsächlich in Übereinstimmung mit den Gesetzen der Physik. Die Erklärung liegt in der Geometrie und den Kräften, die auf das System wirken.

Physikalische Erklärung des aufwärtsrollenden Doppelkegel:

Schiefe Ebene mit divergierenden Schienen

Die beiden Schienen sind nicht parallel, sondern divergieren, das heißt, sie laufen nach oben hin breiter auseinander.

Schwerpunktverlagerung

Der Doppelkegel bewegt sich nicht wirklich „bergauf“, sondern sein Schwerpunkt sinkt tatsächlich ab, während er sich auf den Schienen nach oben bewegt. Obwohl der höchste Punkt des Kegels optisch ansteigt, liegt sein Massenmittelpunkt (Rotationsachse) durch die sich weitenden Schienen immer tiefer. Schaut man ganz genau hin, kann man gut erkennen, wie der Schwerpunkt "fällt".

Gravitation und Drehmoment

Die Gravitationskraft wirkt nach unten auf den Schwerpunkt. Weil der Schwerpunkt abwärts wandert, entsteht ein Drehmoment, das den Doppelkegel antreibt und ihn scheinbar bergauf rollen lässt.

Optische Täuschung

Für den Betrachter sieht es so aus, als ob der Doppelkegel gegen die Schwerkraft arbeitet, weil der äußere Rand der Kegel auf den divergierenden Schienen nach oben zu wandern scheint.

Zusammenfassung:

• Der Doppelkegel bewegt sich entlang der Schienen so, dass sein Schwerpunkt abfällt, auch wenn es optisch so aussieht, als würde er aufsteigen.
• Die Schwerkraft sorgt dafür, dass der Kegel nach vorne rollt, während die zunehmende Breite der Schienen den Kontaktpunkt mit dem Kegel anhebt.
• Das scheinbare „Bergaufrollen“ ist somit eine Folge der speziellen Form des Kegels und der Anordnung der Schienen.
• Dieses Phänomen ist ein gutes Beispiel für die Wechselwirkung zwischen Geometrie, Schwerkraft und optischer Täuschung in der Physik.

 Das Experiment ist zwar wenigen Menschen bekannt, existiert aber in dieser Form seit dem 19. Jahrhundert. Das Phänomen des aufwärtsrollenden Doppelkegels wird erstmals in dem Werk „Physices elementa mathematica, experimentis confirmata, sive introductio ad philosophiam Newtonianam“ (Leiden 1720) des holländischen Physikers Willem Jacob ’s Gravesande beschrieben.

Das Produkt wird hierzulande aus Eiche, Apfelbaum und Ahorn in aufwändiger Handarbeit in einer kleinen Manufaktur hergestellt. Jeder Aufwärtsrollene Doppelkegel ist ein Unikat und kann sich in Farbe und Maserung leicht unterscheiden.