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Übersicht Die Themen Energie und Leistung geben einem etwas humoristisch eingestelltem Lehrer ungeahnte Möglichkeiten die Schüler permanent zu reizen. Dies wird durch mehrere spielerische Zugänge unterstützt. Der Energiebegriff wird als zentrale Größe eingeführt. Dementsprechend wird die auch von zugeführter Energie und nicht von Arbeit gesprochen (didaktischer Ansatz: siehe Muckenfuß) Als Einstieg wird die Frage aufgeworfen, warum ein Spielzeugauto nicht fährt. Es werden Vermutungen (kein Motor / Batterie, usw.) geäußert. Während dessen wird (es handelt sich um ein Auto mit Feder) das Auto unauffällig zurückgezogen und dann mit dem Kommentar "Fährt ja doch!" losgelassen. Nun kommt man relativ schnell zum Begriff der Energie. Weitere Energieformen werden nun von den Schülern genannt oder mit OHP Energieformen erarbeitet. Als Vertiefung der gerade genannten Energieformen dient OHP Energie auf Abruf. Am Beispiel einen aufspringenden Flummiballs wird die Wandlung von Energien zwischen verschieden Formen besprochen. Mit OHP Flummi - eine energetische Betrachtung wird auch die bei Wandlungen nicht zu vermeidende zusätzliche Wandlung in Wärme besprochen (meist unerwünscht - im Alltag auch Energieverlust genannt). Da beim springenden Flummiball die Wandlung in Wärme nicht gesehen oder gefühlt werden kann, wird dies am Beispiel einer Infrarotaufnahme einer Bremsspur mit OHP Bremsspur gezeigt. Um auch eher stille Schüler in die Vertiefung der Wandlungen einzubeziehen erfolgt dies mit Arbeitsblatt Energiewandlungen 1 und Arbeitsblatt Energiewandlungen 2 in Partnerarbeit. Am Beispiel eines Zusammenstosses OHP Zusammenstoß von einem fahrendem Spielzeugauto auf ein stehendes wird demonstriert, dass Energie auch von einem Körper auf einen andern übertragen werden können.
Zum Abschluss der Einheit Energie soll die goldene Regel der Mechanik erarbeitet werden: Als Einstiegsproblem dient der Vergleich von direktem Anheben, Rampe und Flaschenzug: OHP goldene Regel Was man an Kraft spart, muss an Weg zusetzten. Arbeit kann nicht gespart werden. Hierfür sind die Folien vom DWU hilfreich:
Nachteil der DWU-Folien ist, dass sie vom Arbeitsbegriff ausgehen.
Im Anschluss an den Wettlauf, wird eine Diskussion geführt, ob eigentlich immer der schnellere Schüler der Gewinner ist (in der Medienwelt, im Sport ist er das!). Aus physikalischer Sicht ist dies aber häufig hochgradig unfair, da der massereichere Schüler seinem Körper viel mehr Lageenergie in gleicher Zeit zuführen muss. Damit hat man den physikalischen Leistungsbegriff. Die Leistung ist gegeben durch das Produkt von zugeführter Energie pro Zeit. Nun sollte die physikalische Leistung beider Läufer berechnet werden. Eine Vertiefung erfolgt mit der DWU-Folie: Mechanische Leistung. Um eine Vorstellung der eigenen Leistung zu bekommen sollten nun im Klassenverband Leistungen gemessen werden. Dazu müssen vorher geeignete Verfahren besprochen werden (Messung der Zeit und des J Höhenunterschieds. Möglich sind z.B.
Abschließend eignen sich noch OHP Hubarbeit beim Gehen und OHP Grudumsatz des menschlichen Körpers. Bei der Einführung des Energiebegriffs wurde schon auf die schlechte Wandelbarkeit der Energieform Wärme in eine andere Energieform gesprochen. Nun sollen technische Realisierungen genau dieses Vorgangs genauer besprochen werden. Um die Notwendigkeit eines Temperaturgefälles zu verdeutlichen wird als exemplarisches Beispiel der Heißluftmotor gewählt. Dafür reicht ein einfaches Modell aus einem Kolbenprober und einem Rundkolben - hat jede Schule!) OHP Heißluftmotor Problem bei diesem einfachen Motor ist, dass der gesamte Motor sehr umständlich immer abwechselnd vom heißen zum kalten Becken getragen werden muss. Eine technische Lösung ist der Stirlingmotor. Unsere Schule hat zur Zeit keinen, daher muss dieser im Moment noch theoretisch mit besprochen werden. Hier ein Link zu einem animierten Stirlingmotor. Für ganz wagemutige Lehrer hier noch eine Anleitung zum Eigenbau eines Stirlings. Zur Vertiefung der Energiewandlungen werden der Diesel- , der Ottomotor, ein Flugzeugtriebwerk, eine Dampfturbine sowie ein Kühlschrank in ihrer Funktionsweise besprochen. Da jedes dieser Themen für sich unabhängig bearbeitet werden kann bietet sich an dieser Stelle die Freiarbeit an. Ich habe mich für ein Gruppenpuzzle Motoren v1.0-v2.0 entschieden. Die einzelnen Wärmekraftmaschinen werden teilweise auf den untergeordneten Seiten mit Hilfe von Java Applets genauer besprochen.
(was ist das: Gruppenpuzzle Anleitung). letzte Änderung: 2.5.2005 |
Nun soll die Lageenergie dann
auch noch gemessen werden können, sprich eine Formel soll gefunden
werden. Hierbei ist 
