Physik – Mechanik – Rampe: Weg, Kraft und Energie beim Heben

Rampe: Weg, Kraft und Energie beim Heben

Aufbauvideo (ohne Ton)

 

Versuchsvideo (ohne Ton)

Übungen

Übung 1

Übung 2

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Goldene Regel der Mechanik
Klassenstufen	9 bis 10
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partner- oder Gruppenarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: beschreiben, welchen Einfluss der Weg bei gleicher Höhendifferenz auf die benötigte Kraft hat. aus dem Produkt von Weg und Kraft die Energie berechnen. beschreiben, dass er Weg bei gleicher Höhendifferenz keinen Einfluss auf die benötigte Energie hat.

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollten bereits Kräfte mit dem Kraftmesser messen können. Das Methodenvideo „Kräfte messen mit dem Kraftmesser“ kann zur Auffrischung eingesetzt werden. Die Lernenden sollten bereits wissen, wie man aus der Kraft F und dem Weg s die Energie berechnen kann.
\[ E = F \cdot s \]

Materialliste

je Versuchsgruppe:

• Stativplattenfuß, 210 x 130 mm

• Stativstab mit Gewinde, 750 mm

• Doppelmuffe

• Plattenhalter

• Kraftmesser, 2 N

• stabile Pappe (Hintergrund)

• Rampe aus Sperrholz, 10 cm x 50 cm

• Lineal, Bleistift

• Messwagen ohne Reibfläche

• 2 Scheibengewichte, 50 g, grün

• bunte Klebestreifen

• kleine Kabelbinder

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Hinweise zur Vorbereitung

Je nach Fokus des Unterrichts und der vorhandenen Zeit kann das Ausmessen und Aufkleben von Klebeband auf die Hintergrundpappe und die Sperrholzrampe im Unterricht durch die Schülerinnen und Schüler oder vorab durch die Lehrkraft erfolgen. In beiden Fällen kann zur Unterstützung das Aufbauvideo genutzt werden. Sofern das Experimentiervideo zur Unterstützung der Durchführung genutzt wird, sollte Klebeband in den gleichen Farben wie im Video genutzt werden.

Es empfiehlt sich, die untere Kante der Rampe etwas anzuschrägen.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Die Materialien sollten den Lernenden übersichtlich auf einem Rolltisch zur Verfügung gestellt werden. Das Experiment erfordert ein genaues Einstellen der Höhen der Klebestreifen am Stativmaterial. Hier bietet sich das Versuchsvideo als zusätzliche Unterstützung an. Im Versuchsvideo sehen die Lernenden, wie sie die Höhe mit dem Stativmaterial einstellen können und können dies im Realexperiment nachmachen.

Alternativ können die Messwerte auch aus dem Versuchsvideo entnommen werden.

Hinweise zur Auswertung

Die Analyse des Zusammenhangs zwischen Weg und Kraft kann in Form eines je-desto-Satzes direkt anhand der Messwerte erfolgen. Um den Einfluss des zurückgelegten Wegs bei gleicher Höhendifferenz auf die Energie untersuchen, muss aus den Messwerten zunächst die Energie berechnet werden. Die Protokollvorlage unterstützt die Lernenden insbesondere in dieser Phase des Experiments.

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Weiteres

Projektidee: Planung einer Rollstuhlrampe neben die Treppe im Eingangsbereich eines Gebäudes, zum Beispiels des Schulgebäudes. Als Ausgangsbasis kann die Kopiervorlage genutzt werden. Die Schülerinnen und Schüler können beispielsweise die ideale Länge einer Rollstuhlrampe im Verhältnis zur zu überwindenden Höhendifferenz recherchieren und die aufzuwendende Kraft für eine durchschnittliche Person im Rollstuhl berechnen.

Autor: Dr. Alexander Küpper