Stunden 2-5

Hinführung und Bestätigung der NBG

Kraft und Zusatzgeschwindigkeit

Hier wird propädeutisch entwickelt, welche Faktoren das Maß der Zusatzgeschwindigkeit beeinflussen. Anhand des Arbeitsblatts Kraft und Geschwindigkeitsänderung werden mit den entsprechenden Versuchen erste je-desto-Formulierungen für das Maß der Zusatzgeschwindigkeit Δv im Zusammenhang mit der Kraft F, der Einwirkdauer Δt und der Masse m des Körpers herausgestellt. Hier werden nun bewusst andere Formen der Einwirkung gewählt.

Schüler sollen nun gemäß der durchgeführten Experimente, die Bahnen der Kugeln, bzw. der Bälle eintragen. Falls kein Experimentiermaterial vorliegt, stehen auch kurze Filme zu den Versuchen bereit.

Das Hintereinanderhalten von zwei Haartrocknern wird vermutlich nicht sofort als ein Vergrößern der Einwirkdauer interpretiert, sondern vielleicht als ein Erhöhen der Kraft. Um die Kugelbahnen besser sehen zu können, bietet sich auch der Einsatz einer Kamera an.

Eine Linearisierung zur propädeutischen Betrachtung wäre auch denkbar. Man könnte hier an das Experimentieren mit Federkraftmesser und Experimentierwagen denken. Um die Antiproportionalität zwischen Δv und m zu sehen, könnten zwei Kraftmesser gekoppelt werden und Experimentierwagen unterschiedlicher Masse angehängt werden.

Fahrbahnversuch

Das Experiment wird lediglich mit Verdoppeln der einwirkenden Kraft bei gleicher Masse und Verdoppeln der Masse bei gleicher Kraft durchgeführt.

Für die Auswertung des Fahrbahnversuchs ist eigens ein Arbeitsblatt vorgesehen. Hier müssen die SuS entdecken, dass die t-v-Diagramme für Δt = const. vertikal gelesen werden können. Dann ist die Proportionalität zwischen F und Δv, bzw. die Antiproportionalität zwischen Δv und m einfach herauszulesen.

Eine schöne kontextbezogene Variante des Fahrbahnversuchs besteht darin, mit Luftkissenbällen der Firma Pearl zu experimentieren. Die Luftkissenbälle können mithilfe eines sich aufrollenden Maßbandes beschleunigt werden. Die Bewegung wird dann mit einem US-Sensor aufgenommen und ausgewertet.

Auswertung, Aufstellen der Newtonschen Bewegungsgleichung (NBG) und erste Folgerungen

Die bestätigten Proportionalitäten führen zunächst zu folgender Beziehung:

Δv = c·F·Δt·m ^-1

Das Einsetzen von Größenwerten zeigt, dass die Konstante c gleich 1 gesetzt werden kann. Die etwas umständliche aussehende Formel Δv = c·F·Δt·m ^-1 lässt sich nun durch Umsortieren handlicher machen: m·Δv = c·F·Δt. Die SuS sehen ein Umsortieren der Gleichung unmittelbar ein, nachdem das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit schon als Impuls bekannt ist. Des Weiteren wird der Schritt von der beobachtbaren Größe Δv hin zur körpereigenen Größe Δp gemacht. Die SuS erlernen hier auch eine neue Einheit für den Impuls: 1 Ns. Die NBG wird auch in Vektorschreibweise festgehalten: m·Δ v = c· F ·Δt.

Ein Tafelbild hierzu könnte wie folgt aussehen:

Tafel I:

Tafel II:

 

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