Arbeitsauftrag 16

Hilfsmittel:

Ballon, Faden, Trinkhalm, Wolle, Schere

Arbeitsvorgang:

Die Aufgabe besteht darin, die Auswirkungen von Reibungskräften des Luftwiderstandes zu untersuchen. Die Lehrerin oder der Lehrer beginnt das Experiment damit, einen Ballon aufzublasen. Es wird darüber diskutiert, was diesen Körper bewegt. Prinzipiell sollte aus der Diskussion als Erkenntnis hervorgehen, dass die Kraft, die die Bewegung verursacht, oft nicht sichtbar ist, aber mit Sicherheit auf den Körper an sich wirkt, wenn er sich bewegt (ebenso wie im Wind). Es genügt zu verallgemeinern, dass sich der Körper aufgrund der bewegten Luft bewegt. Manchmal bewegen sich Objekte in Richtung der Luftbewegung (z. B. bei Wind, Haartrockner usw.) und sie bewegen sich manchmal in genau entgegengesetzter Richtung. In diesem Fall ist es das Prinzip des dritten Newtonschen Gesetzes: Zu jeder Kraft (Aktion) gibt es eine gleich große Gegenkraft (Reaktion). Es genügt, dies nur kurz zu erläutern.

Ein Ballon, der an einem Seil festgebunden und zugeknotet wurde und in den dann ein kleines Loch mit einem dünnen Strohhalm gemacht wurde, bewegt sich aufgrund der ausströmenden Luft nach oben. Die Lehrerin oder der Lehrer schlägt vor, auszuprobieren, ob es einen Unterschied macht, wenn der Ballon ganz oder wenig aufgeblasen wird. Man zeigt den Schülerinnen und Schülern, wie sie diese Annahme bestätigen können (siehe Abbildung 16). Der Ballon muss genug Platz haben um aufsteigen zu können, am besten draußen. Wenn wir den Ballon mehr aufblasen, bewegt er sich am Faden ziemlich weit weg.

Die Schülerinnen und Schüler werden es ausprobieren und dann Hypothesen aufstellen. Sie stellen die Frage, ob ein Ballon, der aufgeblasener ist, weiterfliegt. Hängt das auch von der Form des Ballons ab? Bei dieser Untersuchung ist es notwendig, das gleiche starke Aufblasen von zwei Ballons unterschiedlicher Formen zu gewährleisten. Im Prinzip hat der größere Ballon einen größeren Luftwiderstand als ein kleinerer Ballon. Der Unterschied tritt jedoch nur bei sehr großen Durchmesserdifferenzen der Ballone auf.

Eine weitere Hypothese, die die Schülerinnen und Schüler aufstellen und dann überprüfen, ist, ob die Entfernung, die der Ballon erhält, davon abhängt, welche Art von Faden wir verwenden. Den Faden tauschen sie für eine grobe, haarige Wolle, die auch schwerer ist und die viel mehr Reibung verursacht. Im Gegensatz dazu reduziert ein dünnes Garn die Reibung, besonders wenn es sich um eine glatte Oberfläche oder einen Seidenfaden handelt.

Es geht darum, den Schülern bewusst zu machen, dass auch die Feinheit des Fadens einen Unterschied macht. Um sich der Kräfte bewusst zu werden, versuchen Schülerinnen und Schüler, ein Bild von den Kräften zu zeichnen, die während der Bewegung auf den Ballon einwirken (natürlich zeichnen sie nur die, die sie wahrnehmen). Sie sollen neben der Gravitationskraft auch die Wirkrichtung austretender Luft auf den Ballon und die Reibungskraft, die entgegengesetzt zur Kraft wirkt, die den Ballon bewegt, aufzeichnen. Nach der Untersuchung versuchen die Schülerinnen und Schüler eine Schlussfolgerung zu ziehen, in der sie verallgemeinern, wann der Ballon am weitesten fliegt.