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Kinematik in einer Dimension

Miss mit Ari die Strecke, die ein Ball fällt, und bestimme die Fallzeit mit einer Stoppuhr. Berechne die Endgeschwindigkeit und die Fallbeschleunigung, wiederhole die Messung und vergleiche dein Ergebnis mit 9,81 m/s².

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Kostenlos · A4 · Teil für Lehrkräfte, Teil für Schüler*innen und Arbeitsblätter

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Für die Lehrkraft

Kompetenzen

Nach dieser Lektion können die Schüler*innen:

  1. Die Schüler*innen lernen den Zusammenhang zwischen Strecke, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung kennen.
  2. Die Schüler*innen führen ein Experiment durch, um mit der Distance-App von Ari die Fallbeschleunigung zu berechnen.

Vorbereitung

Material

  • Kleiner Ball
  • Kugelschreiber oder Bleistift
  • Stoppuhr

Material für die Lehrkraft

Material für die Schüler*innen

  • 1 Ari pro Gruppe
  • 1 Arbeitsblatt pro Schüler*in
  • 1 Stift oder Bleistift pro Schüler*in
  • 1 Stoppuhr pro Gruppe
  • 1 kleiner Ball pro Gruppe

Ablauf der Lektion

  1. 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.

  2. 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

  3. 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.

  4. 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.

  5. Schritt 5: Abschlusskarte

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

Für die Schüler*innen

Miss, wie ein Ball fällt

Du misst, wie weit und wie lange ein Ball fällt. Danach berechnest du die Endgeschwindigkeit und die Fallbeschleunigung.

Du brauchst

  • Ari mit der Distance-App
  • Arbeitsblatt
  • Kugelschreiber oder Bleistift
  • Stoppuhr
  • Kleiner Ball

So gehst du vor

  1. Schritt 1: Miss die Fallstrecke

    Öffne die Distance-App auf Ari. Miss, wie hoch der Ball über dem Boden ist. Halte den Messabstand bei etwa 1 Meter oder weniger: Kleine Gegenstände lassen sich aus größerer Entfernung weniger genau messen. Trage die Strecke in Metern auf deinem Arbeitsblatt ein.

  2. Schritt 2: Lass den Ball fallen

    Vereinbart, wer den Ball fallen lässt und wer die Stoppuhr bedient. Halte dich an die Sicherheitsregeln deiner Lehrkraft. Lass den Ball sicher los. Starte gleichzeitig die Stoppuhr und stoppe sie, sobald der Ball den Boden berührt.

  3. Schritt 3: Wiederhole die Messung

    Wiederhole den Fallversuch noch zweimal. Trage alle Zeiten auf deinem Arbeitsblatt ein. Berechne den Durchschnitt der drei Zeiten.

  4. Schritt 4: Berechne die Endgeschwindigkeit

    Verwende die Strecke und die Durchschnittszeit. Die Anfangsgeschwindigkeit beträgt 0 m/s. Berechne die Endgeschwindigkeit mit der Formel auf deinem Arbeitsblatt.

  5. Schritt 5: Berechne die Fallbeschleunigung

    Verwende die Formel für die Beschleunigung auf deinem Arbeitsblatt. Berechne die Fallbeschleunigung.

  6. Schritt 6: Vergleiche dein Ergebnis

    Vergleiche dein Ergebnis mit g = 9,81 m/s². Berechne die prozentuale Abweichung auf deinem Arbeitsblatt.

  7. Schritt 7: Fülle die Abschlusskarte aus

    Fülle die Abschlusskarte auf der letzten Seite deines Arbeitsblatts aus.

Arbeitsblätter

Die Arbeitsblätter sind im PDF dieser Lektion enthalten. Drucke sie mit 100 % (tatsächliche Größe), nicht mit „An Seite anpassen“: Dann fährt Ozobot genau über die Linien.

  • Arbeitsblatt 1 Arbeitsblatt 1
  • Arbeitsblatt 2 Arbeitsblatt 2
  • Arbeitsblatt 3 Arbeitsblatt 3
  • Lösungsblatt 1 Lösungsblatt 1
  • Lösungsblatt 2 Lösungsblatt 2
  • Lösungsblatt 3 Lösungsblatt 3

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Video

Ozobot Ari-Lektionen: Distance-App

Kompetenzen

Mit dieser Lektion arbeitest du an den folgenden Kompetenzen aus der KMK-Strategie „Bildung in der digitalen Welt“:

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