Stunde 1

Einstieg Der tiefe Fall des Felix Baumgartner

Einstieg mit AB und evtl. Film: (z.B. unter: http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/schallmauer-durchbrochen-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.