Kinematik in einer Dimension

Ablauf der Lektion

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   Schritt 1: Vorbereitung

   Erstelle für alle Schüler*innen eine Kopie der Arbeitsblätter.

   Begriffe

   Geschwindigkeit – Die Geschwindigkeit eines Gegenstands in eine bestimmte Richtung.

   Beschleunigung – Das Maß dafür, wie sich die Geschwindigkeit eines Gegenstands verändert (zu- oder abnimmt).

   Schwerkraft – Eine Kraft, die Gegenstände zum Mittelpunkt einer Masse zieht.

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   Schritt 2: Einführung

   Halte einen kleinen Ball hoch und bitte die Schüler*innen zu beschreiben, was mit dem Ball passiert, wenn du ihn loslässt. Brauchen sie etwas zusätzliche Hilfe? Stelle dann folgende Fragen:

   • Wie groß ist die Geschwindigkeit des Balls in dem Moment, in dem du ihn loslässt?
   • Bleibt die Geschwindigkeit des Balls gleich oder wird er schneller?
   • Was bewirkt, dass der Ball schneller wird?
   • Wie können wir die gesamte Strecke bestimmen, die der Ball gefallen ist?
   • Wie können wir bestimmen, wie lange der Ball zum Fallen braucht?

   Besprich auf jeden Fall die folgenden wichtigen Punkte:

   • Es gibt eine Anfangsgeschwindigkeit (vi) und eine Endgeschwindigkeit (vf).
   • In dem Moment, in dem du den Ball loslässt, gilt vi = 0.
   • Die Geschwindigkeit kann sich im Laufe der Zeit verändern. Diese Veränderung heißt Beschleunigung und kann positiv oder negativ sein.
   • Die Beschleunigung in dieser Vorführung wird durch die Schwerkraft verursacht.

   Die Verschiebung ist die Änderung der Position eines Gegenstands. Bei diesem geradlinigen Fall ohne Richtungsänderung ist der Betrag der Verschiebung gleich der zurückgelegten Strecke. Diese Strecke kannst du mit einem Hilfsmittel wie Ari messen. Für diesen Fall nehmen wir eine konstante Beschleunigung an. Dann kannst du die Verschiebung mit folgender Formel berechnen:

   d = (vi + vf) / 2 x t

   d = Verschiebung; vi = Anfangsgeschwindigkeit

   t = Zeit; vf = Endgeschwindigkeit

   Wenn wir die Anfangsgeschwindigkeit, die Endgeschwindigkeit und die Verschiebung kennen, können wir auch die Beschleunigung des Gegenstands berechnen.

   a = (vf – vi) / t

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   Aktivität 1

   Schritt 3: Aktivität 1 – Die Endgeschwindigkeit berechnen

   In dieser Aktivität messen die Schüler*innen mit Ari die Fallstrecke eines Balls. Danach messen sie, wie lange es dauert, bis der Ball den Boden berührt. Daraus berechnen sie die Endgeschwindigkeit beim Aufprall.

   Teile die Schüler*innen in Gruppen ein. Jede Gruppe benötigt einen eigenen Ari, eine Stoppuhr und einen Ball.

   Für das Experiment lassen die Schüler*innen den Ball fallen. Eine größere Fallstrecke ermöglicht eine genauere Berechnung. Achte aber darauf, dass die Schüler*innen die Sicherheitsregeln einhalten, unabhängig davon, wie du das Experiment organisierst.

   Bevor die Schüler*innen den Ball fallen lassen, messen sie mit Ari die Fallstrecke. Sie tragen den Wert in Metern auf ihrem Arbeitsblatt ein.

   Sobald die Fallstrecke gemessen ist, kann das Experiment beginnen. Ein*e Schüler*in lässt den Ball los. Eine andere Person startet die Stoppuhr, sobald der Ball losgelassen wird, und stoppt sie, sobald er den Boden berührt.

   Lass die Schüler*innen den Fallversuch noch zweimal wiederholen und den Durchschnitt der drei Messungen berechnen.

   Die Schüler*innen haben nun alle Daten, die sie zur Berechnung der Endgeschwindigkeit benötigen. Sie können die Formel für die Fallstrecke wie folgt nach vf umstellen:

   d = [(vi + vf) / 2] x t

   vf = 2d / t – vi

   Hinweis: Die Anfangsgeschwindigkeit vi beträgt 0 m/s.

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   Aktivität 2

   Schritt 4: Aktivität 2 – Die Fallbeschleunigung berechnen

   Die Schüler*innen haben nun Werte für die Zeit, die Anfangsgeschwindigkeit und die Endgeschwindigkeit. Mit diesen Werten können sie die Beschleunigung berechnen.

   Lass die Schüler*innen mit der Formel für die Beschleunigung die Fallbeschleunigung berechnen.

   Der von den Schüler*innen ermittelte Wert sollte nahe an der Fallbeschleunigung liegen. Die Fallbeschleunigung beträgt

   g = 9,81 m/s^2

   Lass die Schüler*innen ihren experimentell ermittelten Wert mit der Fallbeschleunigung vergleichen und die prozentuale Abweichung berechnen.

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   Schritt 5: Abschlusskarte

   Lass die Schüler*innen die Abschlussaufgabe auf der letzten Seite ihres Arbeitsblatts bearbeiten und abgeben.