Stun­de 1

Ein­stieg Der tiefe Fall des Felix Baum­gart­ner

Ein­stieg mit AB und evtl. Film: (z.B. unter: http://​www.​spie­gel.​de/​wis​sens​chaf​t/​mensch/​schall­mau­er-​dur​chbr​oche​n-​felix-​baum­gart­ner-​ueber-​sei­nen-​sprung-​a-​861298.​html )

Zu den In­fo­kar­ten

Die In­fo­kar­ten soll­ten in mehr­fa­cher Aus­fer­ti­gung am Pult für die Schü­ler be­reit lie­gen (am bes­ten fo­li­ert). Hier han­delt es sich nicht um so­ge­nann­te ge­stuf­te Hil­fen.

In­fo­kar­te 1

Zeigt das Dich­te­pro­fil der At­mo­sphä­re. Es wur­den bei der Mo­del­lie­rung die un­ter­schied­li­chen Tem­pe­ra­tur-gra­di­en­ten gemäß der Stan­dard­at­mo­sphä­re ein­ge­ar­bei­tet.

In­fo­kar­te 2

Hier wird die Schich­tung der At­mo­sphä­re ge­zeigt um zu er­fah­ren, in wel­chem Teil der At­mo­sphä­re der Ab­sprung statt­ge­fun­den hat. Des Wei­te­ren zeigt die In­fo­kar­te die ge­rin­ge Schicht­di­cke der At­mo­sphä­re im Ver­gleich zu ihrem Ra­di­us. In­so­fern sieht man, dass Baum­gart­ner schließ­lich nur einen klei­nen Schritt vor die Haus­tür ge­macht hat.

In­fo­kar­te 3

Der Ver­lauf des Orts­fak­tors im Ab­stand zur Erd­ober­flä­che zeigt den Schü­lern, dass die­ser erst für sehr große Ab­stän­de zur Erde merk­lich ab­nimmt. Baum­gart­ner also in guter Nä­he­rung dem Orts­fak­tor 9,8 m/s² aus­ge­setzt war.

Hin­weis: Am Ende die­ser Stun­de kann das Ar­beits­blatt Fal­len in Luft aus­ge­teilt wer­den und der erste Teil (Muff­in­tüt­chen als Fall­ke­gel und Be­schrei­bung der Be­we­gung) als Haus­auf­ga­be ge­ge­ben wer­den.

Zur Me­tho­dik

Die SuS sol­len sich gemäß dem Ar­beits­auf­trag un­be­dingt an das ICH-DU-WIR-Sche­ma hal­ten. Nur so ist ge­währ­leis­tet, dass sich jeder ein­zel­ne mit der Pro­blem­stel­lung aus­ein­an­der­setzt. Fer­ner soll­ten zwei bis drei Grup­pen ihre Er­geb­nis­se dem Ple­num prä­sen­tie­ren. Eine Dis­kus­si­on die­ser Er­geb­nis­se im Ple­num ist wün­schens­wert.

Zur Di­dak­tik

Der kon­text­be­zo­ge­ne Zu­gang zum Fal­len in Luft ist durch den ak­tu­el­len Sprung von Felix Baum­gart­ner sehr na­he­lie­gend. Die SuS wer­den ver­mut­lich von dün­ner bzw. di­cker Luft spre­chen. Das Ma­te­ri­al führt in die­sem Zu­sam­men­hang die Schü­ler zur Dich­te. Die die Luft­wi­der­stands­kraft be­ein­flus­sen­den Fak­to­ren wer­den hier noch nicht de­zi­diert er­ar­bei­tet, dies er­folgt zu einem spä­te­ren Zeit­punkt.

Mög­li­che Lö­sun­gen der Auf­ga­ben:

1. Der Luft­wi­der­stand könn­te ver­hin­dern, dass Baum­gart­ner Schall­ge­schwin­dig­keit er­reicht. In­so­fern soll­te Baum­gart­ner so schnell be­schleu­ni­gen, dass er Schall­ge­schwin­dig­keit er­reicht, bevor die Luft zu dick wird. Also soll­te der Ab­sprung in aus­rei­chen­der Höhe statt­fin­den.
   Um denn noch even­tu­ell auf­tre­ten­de Luf­t­rei­bung zu mi­ni­mie­ren, soll­te Baum­gart­ner der Luft mög­lichst wenig An­griffs­flä­che bie­ten - also ae­ro­dy­na­misch ge­formt sein.
   Hin­weis: wenn hier noch nicht von Schü­ler­sei­te die Quer­schnitts­flä­che ge­nannt wird, muss auch nicht dar­auf ein­ge­gan­gen wer­den. Dies ge­schieht zu einem spä­te­ren Zeit­punkt.
2. Die Luft ist zwi­schen 40 000 und 30 000 Me­tern Höhe so dünn , dass in guter Nä­he­rung von einem frei­en Fall ge­spro­chen wer­den kann.
   Die An­ga­be aus Wi­ki­pe­dia Der mit 36.529 m tiefs­te freie Fall ist hin­ge­gen phy­si­ka­lisch nicht kor­rekt, da sich ab 20 000 Me­tern Höhe der Luft­wi­der­stand durch die nach unten grö­ßer wer­den­de Dich­te zu­neh­mend be­merk­bar macht.
3. Unter der An­nah­me, dass die Be­we­gung zwi­schen 40 000 und 30 000 Me­tern als frei­er Fall be­zeich­net wer­den kann und der Orts­fak­tor in die­sem Be­reich bei rund 9,7 m/s² liegt, er­gibt sich für die Fall­stre­cke s bis zum Er­rei­chen der Schall­ge­schwin­dig­keit (c = 340 m/s): s = v ² / (2·g) ≈ 5 960 m.
   Bei einem Ab­sprung in ca. 39 km Höhe durch­brach er somit bei rund 33 km Höhe die Schall­mau­er.
   Hin­weis: die Tat­sa­che, dass die Schall­ge­schwin­dig­keit selbst von der Höhe bzw. Dich­te ab­hän­gig ist, wird hier (noch) nicht be­rück­sich­tigt.