3 EINE KRAFT KANN DIE BEWEGUNG EINES OBJEKTS ÄNDERN

Arbeitsauftrag 2

Arbeitsblätter

Hilfsmittel:

Bleistift, Klebeband, Faden, Klammer

Arbeitsvorgang:

Abbildung 37: Einfaches Pendel

Dieser Arbeitsauftrag sollte anschließend an den ersten ausgegeben werden, damit sich die Kinder schon etwas vorbereiten konnten. In der vorherigen Aufgabe haben sie darüber nachgedacht, was die Bewegung der verschiedenen Körper verursacht, in dieser Aufgabe werden sie die Bewegung selbst erforschen. Die Lehrkraft stellt den ihnen ein einfaches Pendel in Gruppen zur Verfügung oder begleitet die Kinder dabei selbst eines zu konstruieren (siehe Abbildung). Das Pendel soll dann in seinen Bewegungen beobachtet werden.

Basierend auf dem, was aus Aufgabe 1 gelernt wurde, versuchen die Schülerinnen und Schüler nun, die Richtung der Kraft, die auf die Gewichte wirkt, einzuzeichnen und zu erklären, was bewirkt, dass das Gewicht schwingt. Die Kinder beobachten, wann das Gewicht beschleunigt und verlangsamt wird und versuchen dann zu erklären, was die Beschleunigung und den Bremsvorgang verursacht.

Die Lehrkraft vermittelt, dass auch für Beschleunigung oder einen Bremsvorgang Kräfte gebraucht werden. Denn die Schülerinnen und Schüler sollen feststellen, dass die Beschleunigung und sogar die Verlangsamung des Gewichtes durch die Gravitationskraft verursacht werden, die konstant auf alle Objekte einwirkt.

Aufgaben 3 – 6 (Anweisungen)

Während die Kinder die Funktionsweise des Pendels untersuchen, schlägt die Lehrerin oder der Lehrer vor, herauszufinden, wie das Pendel schneller oder langsamer schwingen kann. Entweder wird er sofort die Forschungsfragen vorschlagen (Aufgaben 3, 4, 5 und 6), oder zuerst besprechen, was am Pendel verändert werden müsste, um es schneller oder langsamer schwingen zu lassen. Schließlich sollte die Diskussion zur Bearbeitung von Forschungsfragen führen, wie in den Aufgaben 3 - 6 beschrieben. Die Forschungsfragen in den Aufgaben 3-6 haben einen ähnlichen Charakter, aber sie untersuchen andere Variablen, die die Funktionsweisen des Pendels beeinflussen können. Die Klasse teilt sich am besten in Gruppen auf, wobei jede Gruppe den Effekt einer anderen Variablen auf die Schwingungsgeschwindigkeit untersuchen darf. Wichtig ist jedoch, dass jede Schülerin und jeder Schüler das Ergebnis aller anderen Gruppen kennen. Dies kann durch gemeinsames Zusammentragen der Ergebnisse realisiert werden.

Die Kinder können also selbst herausfinden, dass nur die Länge des Fadens die Schwinggeschwindigkeit des Pendels beeinflusst, das Gewicht und die Höhe, aus der das Pendel ausgelöst wird, beeinflusst die Schwinggeschwindigkeit nicht. Zum Teil kann die Geschwindigkeit des Pendels auch durch das Gewicht beeinflusst werden, denn je größer das Gewicht flächenmäßig ist, desto größer ist auch sein Luftwiderstand. Damit die Schülerinnen und Schüler diese Differenz bemerken können, müssten sie ein Pendel mit verschiedenen Gewichten, die einen großen Volumenunterschied (Größe) haben, untersuchen. Unter den Bedingungen, unter denen das Pendel hier untersucht wird, ist die korrekte Schlussfolgerung, dass die Größe des Pendels seine Schwingungsgeschwindigkeit nicht beeinflusst.

Bevor die Klasse das Pendel mit seinen Eigenschaften untersuchen darf, ist es wichtig, Hypothesen aufzustellen, die der Lehrer am besten an die Tafel schreibt. Dies ist auch hilfreich um allen Schülerinnen und Schülern das Ziel des Experiments näher zu bringen. Es können vier verschiedene Fragen nach dem Einfluss des Gewichts, des Aufhänge Punktes, der Stärke des Impulses mit dem das Pendel angestoßen wird und nach dem Einfluss der Länge des Fadens gestellt werden. So können Schülerinnen und Schüler sich einzeln für jeweils eine Frage entscheiden, die sie dann in der Gruppe mit den anderen, die sich für dieselbe Fragen entschieden haben, beantworten können. Es können auch Vorschläge über weitere Hypothesen von den Schülern angenommen werden. Die Hypothesen werden vor dem Experiment nicht bewertet, sondern danach lediglich als bestätigt oder nicht bestätigt befunden.

Wenn die Lehrkraft genug Zeit hat, dürfen die Schüler in Gruppen darüber sprechen, wie man auf wissenschaftliche Art und Weise unterscheiden kann, ob ein Pendel schneller schwingt oder nicht (Wie viele Schwingungen pro Minute/Stoppuhr).

Wenn weniger Zeit hat zu Verfügung steht kann das Verfahren direkt vorgeschlagen werden. Damit die Gruppen ihre Ergebnisse mit denen der anderen vergleichen können, ist es wichtig, einen spezifischen Zeitraum zu bestimmen, für den die Anzahl der Pendelschwingungen gemessen wird. Da das Pendel relativ schnell schwingen kann, ist es ratsam, die Bewegung des Gewichtes von rechts nach links und wieder nach rechts als eine Schwingung zu zählen.

Außerdem ist wichtig, dass das Pendel immer aus ungefähr gleicher Höhe mit derselben Intensität angestoßen wird.

Für die Glaubwürdigkeit des Messergebnisses ist es ratsam, die Schüler anzuweisen, die Messung für jedes der Pendel dreimal zu wiederholen. Wenn sich einige Messungen stark von den anderen unterscheiden, berücksichtigen sie das Ergebnis bei der Schlussfolgerung nicht oder sie wiederholen die Messung, bis sie dieselben (ähnlichen) Ergebnisse durch Multiplikation erhalten. Auf diese Weise lernen die Kinder die Präzision, die zur wissenschaftlichen Arbeit gehört.

Die Schüler tragen im Arbeitsblatt die Anzahl der Schwingungen für den angegebenen Zeitraum ein Die durchschnittliche Anzahl der Schwingungen (nicht durch Berechnung des arithmetischen Mittels, sondern durch Schätzung der drei Messungen für ein Pendel) wird durch die Schülerinnen und Schüler im Diagramm gezeigt, um den eventuellen Unterschied hervorzuheben. Folglich besteht die Aufgabe der Schüler darin, auf der Grundlage der im Diagramm dargestellten Ergebnisse eine Schlussfolgerung zu erstellen, die die Beurteilung der Annahmen und die Beantwortung einer Forschungsfrage beinhaltet. Die Bezugnahme auf empirische Daten (Messwerte) ist sehr wichtig (angesichts der Entwicklung von Big Ideas über Wissenschaft).