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Übersicht Oberstes Ziel für diese Unterrichtsreihe war es die Bewegungsgesetzte an alltäglichen Situationen zu erarbeiten. Die anfangs noch von Hand durchgeführte Berechnung der Intervallgeschwindigkeiten wird im weiteren Verlauf mit Hilfe des Videoanalyse Programms Vianna vom Computer durchgeführt. Dadurch wird die Auswertung fast beliebiger Bewegungen möglich. Die Arbeit mit Vianna ist ein Stützpfeiler für den hier vorgestellten Unterrichtsgang in der Klasse 11, da außer im Themenbereich der Kinematik, ebenfalls die Dynamik einschließlich Energie- und Impulserhaltung mit diesem Programm erarbeitet wird. Hier nun eine direkte Downloadmöglichkeit für Vianna Version 3.64 (1283 kB) zusammen mit einer Kurzanleitung . Die Unterrichtsreihe ist vollständig erprobt und wurde seit dem Schuljahr 2003/04 in drei elften Klassen der Städtischen Gesamtschule Solingen durchgeführt. Und noch eine Warnung an alle welche computergestützte Videoanalyse auch in Ihren Unterricht integrieren wollen. Einmal angefangen ist man auf Computer angewiesen. Aus anfänglicher leidenvoller Erfahrung kann ich aber sagen, dass genau dies nicht immer klappt. Da kann es schon einmal passieren, dass dringend benötigte Computerräume für über zwei Monate nicht funktionieren und die Absprache mit Kollegen (Danke Matthias) diese aus anderen noch funktionierenden Räumen zu vertreiben kostet reichlich Nerven. Glücklicherweise hat sich unsere Computerstabilät seit dem erheblich verbessert, so dass es zur Zeit fast problemlos läuft. Schwerpunkt dieser Reihe ist die Aufnahme von Bewegungen aus dem Alltag, wie ein Jogger, das Abbremsen von Fahrrädern usw. Es wird hier komplett auf den Einsatz der Luftkissenfahrbahn verzichtet. Der Übergang zur gleichförmig beschleunigten wird daher konsequent an der Bremsbewegung (damit ist der Begriff der negativen Beschleunigung gleichzeitig mit erarbeitet) eines Fahrrads nach gleichem Prinzip aufgenommen. Wurde zuerst aus gleichförmigen Bewegungen das allgemeine Zeit-Weg-Gesetz erarbeitet, so wird am Beispiel des schiefen Wurfs nun aus dem Gesetz die Bewegung berechnet. Dies erfolgt mit Hilfe einer Tabellenkalkulation (z.B. Excel). Zu Beginn der Unterrichtsreihe werden mehrfach Bewegungen per Hand aufgenommen und ausgewertet. Dann wird als Hilfsmittel die Computer gestützte Videoanalyse eingeführt und von da an benutzt. Hier ein Link zum Download der aller in dieser Reihe verwendeten Folien: Sammlung Kinamatik
Die Simulationen zur Kinematik finden sich auf eigenen Seiten:
Außerdem noch einige im Unterricht verwendeten Overheadfolien: Zusammenfassung gleichförmige Bewegung Aufgaben gleichförmige Bewegung Im letzten Jahr hatte ich einen weiteren Schwerpunkt auf Referatstechnik gelegt. Hierfür mussten die Schüler folgende Stationen in Kleingruppen bearbeitet werden, um sie dann im Plenum vorzutragen. Nach doch eher enttäuschenden Erfahrungen, habe ich diesmal darauf verzichtet. Ich stelle die alten Dateien hier trotzdem noch Kollegen als Anregung zur Verfügung. Es handelt sich hierbei im Prinzip um die Anwendung der Formel v = Ds/Dt in lebensnahen Situationen aus der Umgebung unserer Schule.
Mit dem Programm Viana können zuvor digitalisierte Videoaufnahmen von Bewegungsabläufen ausgewertet werden. „Messinstrument“ ist dabei die Maus: Durch Anklicken des sich bewegenden Objekts auf dem Video werden die Koordinaten ermittelt und in ein x-y-, t-x- oder t-y-Diagramm eingetragen. Weiterhin berechnet es sogar (nach Skalierung) die jeweiligen Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdiagramme. Mein Dank gilt Thomas Kersting, der dieses Programm für nicht kommerzielle kostenlos zur Verfügung stellt. Erst dies ermöglicht mir die Nutzung im Rechnerraum, so dass jeder Schüler in die Lage versetzt wird die gefilmte Bewegung selber auszuwerten. Meiner Meinung nach ist dieses Programm erheblich leistungsfähiger als das Programm Galileo vom Klett-Verlag, welches immerhin 36€ pro Rechner kostet. Mich begeistert diese Programm so sehr, dass ich darauf hin meinen bisherigen Unterrichtsverlauf komplett über den Haufen geworfen haben (die Luftkissenbahn verstaubt nun) um dieses Programm an verschiedenen Stellen wiederholt im Unterricht einzusetzen. Im Netz verfügbare und gut geeignete Filme finden sich an folgenden Stellen:
Zur Untersuchung bieten sich folgende Videos an: Hinweise für die Videoanalyse:
Die Simulationen zur Kinematik finden sich auf eigenen Seiten:
Nachdem die Videoanalyse eingeführt wurde können interessierte Schüler nun nachträglich noch Videos zur gleichförmigen Bewegung analysieren: Hier noch eine Zusammenfassung der Kinematik, entnommen von Physik-Schule.
Außerdem gibt es hier wegen der
Computerstörungen vorübergehend auch das Beide führen zur Formel für gleichförmig beschleunigte Bewegungen:
Eine bei Schülern recht beliebte Anwendung des Zeit-Weg-Gesetzes ist die Messung der Reaktionszeit mit einem Lineal. Je nach zur Verfügung stehender Zeit kann hier der Fall eines Federballs wegen des zunehmenden Luftwiderstands als gleitender Übergang einer gleichförmig beschleunigten in eine gleichförmige Bewegung gezeigt werden (natürlich mit Vianna - aber wie sehr ich diese Programm mag, habe ich ja schon vorher mal erwähnt). Wer will kann überprüfen, welche Art von Bewegung an einer schiefen Ebene stattfindet: Hier wurde die Kamera so geneigt, dass der Porschen (Spielzeugauto) scheinbar horizontal fährt. Besonders eifrige finden eventuell einen Zusammenhang zwischen der Winkelneigung und der Erdbeschleunigung. Als Einstieg in den waagerechten Wurf als Überlagerung einer gleichförmigen Bewegung mit einer gleichförmig beschleunigten Bewegung wird ein Schlumpfcomic mit der Fragestellung, wie sie denn nun wirklich fallen, gewählt. Hierfür suche ich noch Videos aus dem Alltag. Im Unterricht habe ich (wegen Computerproblemen, welche ich ja schon einmal erwähnte) die "Wurfparabel" eines Wasserstrahl (nach Wagenschein) genommen. Nun kann auch der im Alltag viel häufigere schiefe Wurf analysiert werden. Hierfür eignen sich folgende Videos: Etwas einfacher lässt sich das Um die Gesetzmäßigkeiten des schiefen Wurfs zu vertiefen soll er mit Hilfe einer Tabellenkalkulation simuliert werden: OHP Simulation Weitwurf mit EXCEL
Je nach zu Verfügung stehender Zeit kann man auch noch noch schiefe Würfe auswerten, bei denen sich der Körperschwerpunkt während des Wurfes verschiebt. Weiter Informationen finden sich auf der eigenständigen Seite "11 Schwerpunkt". Am Beispiel eines fallenden Wattebausches kann der Übergang (wegen des wachsenden Luftwiderstands) zwischen einer gleichförmig beschleunigten zu einer gleichförmigen Bewegung untersucht werden: Die Simulationen zur Kinematik finden sich auf eigenen Seiten:
Aufgaben Fall und Wurfbewegungen mit OHP Brunnen Lösung letzte Änderung: 29.8.2005 |
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Ein drittes und letztes mal wird eine
Bewegung per Hand aufgenommen. Diesmal die Bremsbewegung eines Fahrrads.
(Hinweis an interessierte Physiklehrer: die Abstände müssen etwa 10 Meter
betragen und das Bremsen muss dem entsprechend sehr sehr schwach erfolgen) Die
Bewegung wurde obwohl sie sich nicht eignet direkt das Zeit-Weg-Gesetz
aufzufinden gewählt, da von Anfang an zu zeigen, dass Beschleunigung auch
negativ sein kann. Nachdem die Beschleunigung definiert ist, kann dann das
eigentliche Bewegungsgesetz an Anfahrbewegungen aus Stand erarbeitet werden.
Dies erfolgt ab jetzt ausschließlich mit Computerhilfe um Zeit zu sparen, da
die Methode an sich nun ausreichend oft per Hand durchgeführt wurde.
Video
Anfahren eines Fahrrads (373 kB)
