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Stun­den 7 - 13

In­fo­box

Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.

An­wen­dung der NBG:
Schwer­punkt Be­schleu­ni­gung

An­wen­dung der NBG auf ein­di­men­sio­na­le Pro­ble­me mit Schwer­punkt Be­schleu­ni­gung

Die NBG wird nun mit der Be­schleu­ni­gungs­bril­le be­trach­tet, indem Vor­gän­ge the­ma­ti­siert wer­den, die keine Rich­tungs­än­de­rung be­sit­zen (den Schü­lern sind sol­che Be­we­gungs­ab­läu­fe zur Ge­nü­ge be­kannt). Siehe hier­zu das Ar­beits­blatt Kraft und Be­schleu­ni­gung .

Wech­sel­wir­kungs­ge­setz

Es soll­ten zwei Schü­ler aus der Klas­se das Ex­pe­ri­ment mit den In­li­nern oder auch Skate­boards nach­stel­len. Die bei­den an­schlie­ßen­den Fahr­bahn­ver­su­che ver­deut­li­chen das Wech­sel­wir­kungs­prin­zip noch bes­ser, da er­fah­rungs­ge­mäß einer der SuS beim Ex­pe­ri­ment die Be­we­gung etwas aus­bremst.

Ist hier­für kein Ex­pe­ri­men­tier­ma­te­ri­al an der Schu­le, kön­nen auch die ent­spre­chen­den Film­se­quen­zen aus der Ma­te­ri­al­samm­lung ge­zeigt wer­den.

Da­nach folgt eine For­mu­lie­rung des Wech­sel­wir­kungs­ge­set­zes und das Her­aus­ar­bei­ten, dass die Kräf­te be­trags­gleich, ein­an­der ent­ge­gen ge­rich­tet und am je­weils an­de­ren Kör­per an­grei­fen. Dies wird in dem vor­ge­se­he­nen Kas­ten no­tiert.

Die Va­ri­an­ten 1 und 2 ver­tie­fen das Wech­sel­wir­kungs­prin­zip, da der Wagen mit grö­ße­rer Masse eine klei­ne­re Ge­schwin­dig­keits­än­de­rung er­fährt.

Va­ri­an­te 2 hilft zur Quan­ti­fi­zie­rung bzw. Be­stä­ti­gung, dass die Wech­sel­wir­kungs­kräf­te glei­chen Be­trag haben: Mit der New­ton­schen Be­we­gungs­glei­chung folgt, Als Hilfe für die bei­den Va­ri­an­ten soll­te ge­ge­ben wer­den, dass die Ein­wirk­zeit des Kräf­te­paa­res iden­tisch ist.

Im Ver­gleich zum an­de­ren Ex­pe­ri­men­tier­wa­gen er­hält der Wagen dop­pel­ter Masse nur die halbe Zu­satz­ge­schwin­dig­keit (es kann auch di­rekt über Im­puls­än­de­rung ar­gu­men­tiert wer­den). Folg­lich muss laut der New­ton­schen Be­we­gungs­glei­chung der Kraft­be­trag auf beide Ex­pe­ri­men­tier­wa­gen gleich groß ge­we­sen sein.

Eine schö­ne Er­gän­zung zur Be­trach­tung der wir­ken­den Kräf­te bei Wech­sel­wir­kun­gen zwi­schen Schlä­gern und Bäl­len bie­ten die Hoch­ge­schwin­dig­keits­auf­nah­men von Prof. Voll­mer der FH Bran­den­burg, die unter http://​www.​pro-​phy­sik.​de/​de­tails/​phi­uz­news/​1305309/​Von_​Ba­el­len_​und_​Schla­e­gern.​html an­ge­se­hen wer­den kön­nen.

Kräf­te an der schie­fen Ebene

Ar­beits­blatt, das sich am Kon­text des Moun­tain­bike Fah­rens ori­en­tiert. Das Ar­beits­blatt lei­tet die SuS an, selbst­stän­dig die Kom­po­nen­ten der Han­gab­triebs­kraft und der Nor­mal­kraft zu er­ar­bei­ten. Auch hier wird kom­plett auf ein sta­ti­sches Be­trach­ten ver­zich­tet.

Mit den Kennt­nis­sen über die Kraft­kom­po­nen­ten der Ge­wichts­kraft an der schie­fen Ebene kann die Be­trach­tung von Be­schleu­ni­gungs­pro­zes­sen unter Ver­wen­dung der NBG nun er­wei­tert wer­den. Hier­zu soll­te je­doch zuvor das Be­stim­men von Rei­bungs­kräf­ten über die Nor­mal­kraft den Schü­lern an die Hand ge­ge­ben wer­den.

Kräf­te­gleich­ge­wicht

Das Thema Kräf­te­gleich­ge­wicht wird zu­nächst in der Dy­na­mik ein­ge­führt. Hier liegt ein Con­cept-Car­toon vor, der die Frage auf­wirft, wes­halb sich ein Mäd­chen, das mit dem Fahr­rad fährt und or­dent­lich in die Pe­da­le tritt, trotz­dem mit kon­stan­ter Ge­schwin­dig­keit fort­be­wegt. Es wird also wie­der kon­tex­tori­en­tiert eine All­tags­er­fah­rung aus der Welt der Schü­ler auf­ge­grif­fen. Als Lern­vor­aus­set­zung kann die Kennt­nis des Wech­sel­wir­kungs­ge­set­zes an­ge­nom­men wer­den.

Die Schü­ler er­hal­ten ein Be­griffs­ge­rüst in Form von Be­griffs­kärt­chen, dass ihnen eine Hilfe sein kann, das Phä­no­men des Kräf­te­gleich­ge­wichts aus­zu­for­mu­lie­ren.

Hier sol­len sich die Schü­ler wie­der an das ICH-DU-WIR-Sche­ma hal­ten.

Kräf­te­gleich­ge­wicht und Wech­sel­wir­kung

Die SuS wer­den mit die­sem Ar­beits­blatt auf das Prin­zip ge­führt, dass Wech­sel­wir­kungs­paa­re immer an zwei un­ter­schied­li­chen Kör­pern an­grei­fen, näm­lich an den Kör­pern die mit­ein­an­der wech­sel­wir­ken und das Kräf­te­gleich­ge­wicht be­deu­tet, dass min­des­tens zwei an­de­re Kör­per (oder Fel­der) mit dem be­trach­te­ten Kör­per wech­sel­wir­ken und ihn eben durch diese Kraft­ein­wir­kung im Kräf­te­gleich­ge­wicht hal­ten.

Ska­lar und Vek­tor

Die SuS ler­nen das Prin­zip ken­nen, dass eine vek­t­o­ri­el­le Größe über Mul­ti­pli­ka­ti­on mit einer ska­la­ren Größe ver­knüpft, wie­der eine Vek­tor­grö­ße er­ge­ben kann und diese dann die selbe Rich­tung auf­weist, wie die ur­sprüng­li­che Vek­tor­grö­ße. Nach­dem sie das Prin­zip ken­nen­ge­lernt haben, sol­len sie die­ses mit den bis­her be­kann­ten Grö­ßen der Dy­na­mik ve­ri­fi­zie­ren.