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Übersicht In dieser Reihe werden die Lernvoraussetzungen für die Mechanik der Himmelskörper geschaffen. Außerdem bietet es sich an bei der Herleitung des Gesetz der Zentripetalkraft den Unterschied zwischen deduktiver und induktiver Erkenntnisgewinnung zu thematisieren. Als Rechenübung dienen die Aufgaben_Kreisbewegung. Hier ein Link zum Download der aller in dieser Reihe Dynamik I und Dynamik II verwendeten Folien: Sammlung Dynamik. Für den Umgang mit Kreisbewegungen müssen zuerst ein paar Begriffe abgeklärt werden. Um dies etwas aufzulockern kann man 2 Gummistopfen auf eine rotierende Drehscheibe legen. Die Frage ist nun, welche bei Erhöhung der Drehgeschwindigkeit als erster runterfliegt (dafür müssen sie natürlich verschieden weit vom Drehpunkt entfernt liegen). Im Unterrichtsgespräch lassen sich dann gut die Begriffe Umlaufdauer, Drehfrequenz und Bahngeschwindigkeit erarbeiten.
Eine auch für Schüler spannende Problemstellung ist das historische Experiment vom Düsseldorfer Benzenberg (1777-1846). Er führte 1802 einen Fallversuch in der Hamburger Michaeliskirche durch, er wiederholt ihn 1804 in einem Schacht bei Schlebusch. Die Frage ist: wo landet der Stein? An dieser nur scheinbar trivialen Frage können sich spannende Diskussionen entzünden. Hier nun der Versuchsbefund. Die Erklärung wird an dieser Stelle nicht verraten.
Zunächst scheint die Kreisbewegung eine gleichförmige Bewegung zu sein. Um diese (fehlerhafte) Vermutung zu bestätigen kann ein Video mit Hilfe folgender Fragestellungen untersucht werden:
Nun erfolgt ein Vorgriff auf die Planetenbewegungen im Themenfeld Gravitation. Es soll nun eine Elippsenbewegung auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede zur Kreisbewegung untersucht werden. Weiterführende Fragestellungen können sein:
Jetzt wird mit OHP das 2-te Kepler Gesetz vorgestellt. Dabei werden die jeweiligen überstrichenen Flächen näherungsweise als rechtwinklige Dreiecke angenommen. Die Überprüfung kann, je nach Kurs und Zeit, dann mit Excel erfolgen oder einfach nur präsentiert werden. Hier ein Auswertungsbeispiel: Messwerte_Ellipse. Die Genauigkeit mit der Kepler bestätigt wird steht und fällt hierbei mit der Genauigkeit, mit der die Messergebnisse über Vianna eingelsen werden. Die Erarbeitung der Zentripetalkraft soll deduktiv erfolgen. Dafür wird noch einmal kurz die aus der Analyse der Kreisbewegung bekannte zum Mittelpunkt gerichtete Beschleunigung mit OHP_Ohne_Kraft_kein_Kreis wiederholt. An dieser Stelle werden Nun werden die 2 möglichen wissenschaftlichen Vorgehensweisen (Deduktion / Induktion) mit OHP_Deduktion_Induktion vorgestellt. Als deduktiv zu lösendes Problem dient eine abgewandelte Version von Newton Wurf um die Welt: OHP Asterix Speerwurf um die Welt aus Asterix erobert Rom. (ich gestehe, ich mag solche Comics einfach) Für Freunde mit Geduld oder DSL:
Dann wird zuerst die Abwurfgeschwindigkeit deduktiv mit OHP_Wurf_um_die_Welt hergeleitet um dann von der Erdbeschleunigung zur Zentripetalbeschleunigung zu verallgemeinern.
Nun soll das Gesetz der Zentripetalkraft auf Alltagsanwendungen transferiert werden, wobei der Themenkreis "Physik auf der Kirmes" weitgehend vermieden wird. Um den Schülern ein klares Rechenkonzept zu liefern gibt es: OHP_Kochrezept_Kreisbewegungen. Da die Schüler in diesem Alter normalerweise den Führerschein gerade machen oder schon haben, werden Anwendungen aus dem Straßenverkehr genommen. Dafür muss erst einmal geklärt werden, wie bei einer Kurvenfahrt die Zentripetalkraft aufgebracht wird: OHP_Haftreibung_beim_Autoreifen Dann kann mit OHP_Auto_in_Kurve gerechnet weren. Dann eine kurze Disskussion über das vor allem bei Motorradfahrern beliebte und saugefährliche Kurvenschneiden OHP_Kurvenschneiden (Variation der Kurvenradien). Je nach Zeit wird noch auf OHP_Auto_in_überhöhter_Kurve eingegangen. Aus der von mir nicht sehr geschätzten Kirmesphysik kann noch eine Loopingaufgabe gerechnet werden (nachdem im Unterricht ein Eimer voll Wasser geschleudert wird). Hierzu gibt es auch: Im Unterricht nicht besprochen, aber wegen der guten Simulation Karussell: auch muss die Zentripetalkraft aufgebracht werden.
letzte Änderung: 29.8.2005 |
Um den Unterschied Deduktion / Induktion zu vertiefen
wird nun das soeben deduktiv gefundene Gesetz der Zentripetalkraft
ein zweites mal hergeleitet, diesmal jedoch induktiv mit der
bekannten Apparatur vom Hersteller Phywe.
