3 EINE KRAFT KANN DIE BEWEGUNG EINES OBJEKTS ÄNDERN

Arbeitsauftrag 21

Hilfsmittel:

schiefe Ebenen (z. B. Platten 50 cm und 300 cm), 2 gleiche Lastwagen, Ladung

Arbeitsvorgang:

Diese Aufgabe ist, herauszufinden, ob das Gewicht eines Autos beeinflusst, wie schnell es den Hügel hinauffahren kann und vor allem, ob es schneller hinunterfährt. Die Schülerinnen und Schüler bestimmen daher, ob sich schwerere Objekte auf einer schiefen Ebene schneller oder langsamer bewegen als leichte. Eine Teilaufgabe besteht darin herauszufinden, ob dies für egal wie lange Berge/Hügel gilt. Zwischen einem und drei Metern kann die schiefe Ebene, simuliert durch z.B. ein Brett, lang sein. Je schwerer das Auto ist, desto schwieriger ist es das Auto als Folge der größeren Reibungskraft zu bewegen. Je schwerer jedoch das Auto ist, desto leichter wird das Auto bergab beschleunigen. Daher wird das leichte Auto für kürzere Strecken bergab schneller sein als das schwere Auto. Wenn wir jedoch dieselbe Beobachtung mit einer langen Strecke machen, wird das schwerere Auto schneller sein, weil es auf der Strecke stärker beschleunigen kann. Wenn wir die Autos noch weiter beobachten, wird das schwerere Auto auch nach dem Berg auf der Geraden weiterfahren, weil es sich mit mehr Impuls nach unten bewegt und mehr Schwung mitbringt.

Nach der Identifizierung der Forschungsfrage („Beeinflusst das Gewicht des Objekts die Geschwindigkeit seiner Abwärtsbewegung?“), leitet die Lehrerin oder der Lehrer die Schülerinnen und Schüler zu Hypothesen über die sehr kleine Strecke von nur 50 cm. Sie markieren die Ziffern 1 und 2 in den Feldern für die Autos, von denen sie denken, dass sie entweder als erstes oder zweites ankommen werden. Anschließend bespricht die Lehrerin oder der Lehrer mit der Klasse die praktische Umsetzung des Experiments. Damit die Zeit nicht separat gemessen werden muss, können zwei gleichlange Bretter als schiefe Ebene dienen, auf der Start und Ende eingezeichnet sind. So kann allein durch den Vergleich entschieden werden, welches Spielzeugauto schneller ist, das schwerere oder das leichtere. Es ist sehr wichtig, denselben Typ Auto zu benutzen um möglichst Verfälschung der Ergebnisse durch z.B. bessere oder schlechtere Verarbeitung zu vermeiden. Eins der Autos ist lediglich mit einem kleinen Gewicht beladen, je größer die Landung, desto eindeutiger der Unterschied.

Nach dem Entwurf und Bau der geneigten Ebenen überprüfen die Schülerinnen und Schüler nun ihre Annahmen. Es ist sehr wichtig, die Autos gleichzeitig fahren zu lassen, daher ist es gut, wenn dieselbe Person beide Autos startet. Die Beobachtung sollte mehrmals wiederholt werden, insbesondere muss sie wiederholt werden, bis die Schülerinnen und Schüler das beobachtete Ergebnis als bewiesen ansehen. Das Beobachtungsergebnis wird aufgezeichnet und die Hypothese bestätigt.

Um die Forschungsfrage vertiefend zu beantworten muss sie natürlich auch auf einer längeren Strecke getestet werden. Dazu baut die Klasse eine schiefe Ebene mit zwei Bahnen, die ca. 3m lang ist und wiederholt genau dasselbe Experiment wie mit der kurzen Bahn. Die Ergebnisse werden notiert und danach im gemeinsamen Gespräch in der Klasse mit den anderen Ergebnissen vergleichen. Daraus kann sowohl die Forschungsfrage beantwortet, als auch eine Schlussfolgerung abgeleitet werden.

Anstelle der Bretter kann auch einfach ein natürlicher Hügel genutzt werden, auf dem kürzere und längere Strecken abgeteilt werden. Außerdem sollte dieser Abschnitt nicht zu steil und asphaltiert sein, sonst können die Autos aufgrund erhöhter Reibung und Unebenheiten nicht so fahren wie normalerweise.