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Übersicht
Aus der Sek I sollten der Trägheitssatz und das Prinzip Actio = Reactio bekannt sein. Hier erhalten sie dann eine Neubenennung in die Newton´sche Axiome.
Auch hierfür habe ich ein Comic aufgetrieben: OHP Actio gleich Reactio - Garfield. Aus physikalische Sicht ist allerdings anzumerken, dass die Reactio natürlich nicht mit einer zeitlichen Verzögerung (wie im Comic) stattfindet, sondern sofort erfolgt.
Die Simulationen zur Kinematik finden sich auf eigenen Seiten:
T-s Diagramme sind den Schülern ja nun gut bekannt. Der Einstieg zur Erarbeitung des dritten Axioms erfolgt daher konsequenter Weise über ein solches. Außerdem hat dieses Beispiel einen hohen Alltagsbezug. Die Interpretation der Folie OHP Anfahrt volles leeres Auto ergibt, dass ein voll beladenes Auto langsamer beschleunigt als ein leeres. Die Vermutung wird anhand der Luftkissenfahrbahn überprüft. Hierbei wird die beschleunigende Kraft durch verschieden schwere Massestücke variiert. Außerdem wird die Masse des Gleiters verändert. Als Ergebnis erhält man einzeln, dass die Kraft proportional zur Beschleunigung und proportional zur Masse des Gleiters ist. Dies ist gleichbedeutend mit, dass die Kraft gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung ist. Als didaktische Reduktion wird bei der Auswertung des Experiments nicht weiter darauf hingewiesen, dass die beschleunigte Masse die Summe aus dem fallenden Massestück und der Masse des Gleiters ist. Dies wird dadurch umgangen, dass das fallende Massestück eine im Verhältnis zum Gleiter kleine Masse aufweist. Zuerst werden die schon bekannten Energieformen zusammengetragen. Zur Unterstützung dient OHP Energieformen. Aus der Sek I ist die Formel für die Lageenergie schon bekannt. Nun wird sie potentielle Energie genannt. Die ohne Formel bekannt Bewegungsenergie wird nun kinetische Energie genannt. Es gilt Epot=mgh. Zur Auffrischung der Erinnerung kann folgende Folie genommen werden: OHP Lageenergien messen. Ebenfalls bekannt ist, dass Energien sich wandeln können. Für die Umwandlung in Wärme eignet sich das Infrarotbild einer Bremsspur: OHP Bremssprur Fahrrad. Sehr schön lässt sich Wandlung auch an einem Pendel (--> Java Applet) beobachten. Die Simulationen zur Dynamik finden sich auf eigenen Seiten:
Als Einstieg dient ein einfaches "Billardspiel" mit Münzen: OHP Erhaltungsgrößen Aus dem 2-ten Newton´schen Axiom wird der Impulssatz hergeleitet.
Zur qualitativen Festigung dient folgende Folie: OHP fliegendes Auto mit OHP fliegendes Auto Lösung Mit OHP Kraft und Impulsänderung wird es dann rechnerisch überprüft. Eine im Alltag recht bekannt Anwendung der Impuls- und Energieerhaltung ist folgendes Spielzeug:
Interessant wird es, wenn man eine
Kugel mit doppelter Masse verwendet. Fliegen hier dann 2 Kugeln auf der
anderen Seite weg? Hier der Versuch Um die Auswertung der nachfolgenden Sequenz zu vereinfachen wird ein Stoss zwischen zwei Güterwagons lehrerzentriert besprochen: OHP_Stoss_Güterwagen Die Vertiefung des Themas Impulse erfolgt an den Stossvorgängen. Diese Sequenz erfolgt als gruppenteiliges Schülerexperiment. Möglich macht dies wieder das Programm Vianna Version 3.51. Bei den untersuchten Bewegungen handelt es sich um Stöße auf einem Luftkissentisch. Die Videos stammen von der Uni Mainz. Um nicht nur abstakte Stöße zu untersuchen habe ich diese jeweils in einen Kontext eingebunden. Bei den elastischen Stößen ist dieser jedoch innerphysikalisch aus dem Hochenergiebereich. Wo kommen im Alltag auch schon elastische Stöße vor? Und wer jetzt meint er kenne eine Antwort, der frage sich ob sich die Stoßpartner dabei nicht berühren - nur in diesem Fall wird keine Energie in Wärme umgewandelt! Sobald eine Umwandlung erfolgt ist man wieder beim unelastischen Stoß, der aber fast elastisch ist. Um diesen Spagat hinzubekommen nenne ich diese Art von Stoß halbelastisch. Mit Vianna kann die Geschwindigkeit der Stoßpartner vor und nach dem Stoß gemessen werden. Die Massen der Stoßpartner sind gegeben. Somit lässt sich die Energieerhaltung und Impulserhaltung rechnerisch überprüfen.
Als Rechenübung die Aufgaben zur Impulserhaltung. Die Simulationen zur Dynamik finden sich auf eigenen Seiten:
letzte Änderung: 29.8.2005 |
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auch als 