Physik – Mechanik – Wie schnell ist der Wagen? – Cornelsen

Wie schnell ist der Wagen?

Vorversuch zum Bewegungssensor

Versuchsvideo

Übungen

Übung 1

Autor: Cornelsen/Inhouse

Übung 2

Autor: Cornelsen/Inhouse, Bilder: Cornelsen/Inhouse

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Bewegungen
Klassenstufen	9 bis 10
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partner- oder Gruppenarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: das s–t-Diagramm einer gleichförmigen Bewegung aufnehmen. aus dem s–t-Diagramm Rückschlüsse auf die Geschwindigkeit ziehen.

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler kennen die Geschwindigkeit als physikalische Größe.

Materialliste

je Versuchsgruppe:

Go Direct® Bewegungssensor (GDX-MD)
Metermaßstab
Wagen mit Antrieb (und zwei voreinstellbaren Geschwindigkeiten)
Tablet
Kunststoffleiste

Die Kunststoffleiste dient der Führung des Wagens und kann gegebenenfalls durch eine passende Profilschiene ersetzt werden. Falls kein Bewegungssensor zur Verfügung steht, kann das Experiment auch mithilfe eines Videoanalysetools ausgewertet werden.

Bei Cornelsen Experimenta finden Sie weitere passgenau abgestimmte Experimentiermaterialien – unkompliziert und schnell: cornelsen-experimenta.de/NuT-hybrid

Hinweise zur Vorbereitung

Ultraschall-Bewegungssensoren gibt es von verschiedenen Anbietern, wobei neuere Sensoren per Bluetooth mit dem Tablet verbunden werden können. Eine passende App sollte vorab auf dem Tablet installiert werden.

Für die alternative Auswertung per Videoanalyse gibt es verschiedene Optionen:

Viana 2 (für iPads; erfordert iPadOS 17.4 oder neuer; kostenlos) Stand 05/2025
Tracker Video Analysis and Modeling Tool (Windows/Linux/MacOS; kostenlos, open source)
Vernier Video Analysis (browserbasiert Chrome/Safari/Edge; kostenpflichtig)
NewtonDV (Windows, iOS; kostenpflichtig)

Wählen Sie ein Programm aus, das zu den digitalen Endgeräten ihrer Schule passt. Zur Verwendung der Videoanalyseapp sollte den Lernenden zusätzlich eine ausführliche und bebilderte Anleitung zur Verfügung gestellt werden.

Führen sie die Analyse mit und ohne Videoanalyseapp mit den in der Schule vorhandenen Endgeräten testweise durch.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Die Schülerinnen und Schüler sollten erkennen, dass der Bewegungssensor den Abstand zwischen dem Sensor und einem sich bewegenden Objekt misst. Zur Erarbeitung dieses Zusammenhangs dient das Vorexperiment.

Für den Versuch sollte pro Kleingruppe ein Bewegungssensor zur Verfügung stehen. Erklären Sie den Schülerinnen und Schülern, wie sie den Bewegungssensor mit dem Tablet verbinden können. Achten Sie darauf, dass sich die Kleingruppen per Bluetooth mit dem richtigen Sensor verbinden.

Sollte die Auswertung später per Videoanalyse erfolgen, muss das Experiment gefilmt werden.

Sollten nicht ausreichend Bewegungssensoren oder Wagen vorhanden sein, kann auch das Versuchsvideo anstatt eines Demonstrationsexperiments eingesetzt werden.

Hinweise zur Auswertung

Zur Auswertung des Experiments kann die Protokollvorlage genutzt werden. Dabei werden zur Auswertung zwei Möglichkeiten vorgeschlagen:

Auswertung direkt anhand der Messdaten des Sensors: Die Messdaten können als .csv-Datei exportiert und in einem Tabellenkalkulationsprogramm weiterbearbeitet werden. Für den im Video gezeigten Versuch stehen die Messdaten im Downloadbereich bereit.
Auswertung mit Videoanalyseapp (Wagenlänge als Referenz: 0,124 m). Dazu können die im Downloadbereich bereitgestellten Videos der Versuche benutzt werden.

In beiden Fällen müssen die erhaltenen Diagramme in das Protokoll übertragen werden, was auf verschiedenen Wegen (digital, analog …) geschehen kann. Dabei ist denkbar, dass alle Lernenden beide Auswertungsmethoden durchführen oder aber die Auswertung arbeitsteilig mit anschließender Präsentation erfolgt.

Beim Diagramm mit dem Bewegungssensor ergibt sich, dass die Messwerte nicht proportional sind. Dies liegt darin begründet, dass der eigentliche Sensor in der Mitte des Gehäuses sitzt und der Wagen beim Starten der Messung bereits einen Teil der Strecke zurückgelegt hat. Störungen der Aufzeichnung ergeben sich auch durch die Hände der Versuchsperson, die beim Betätigen des Schalters sich durch den Messbereich des Sensors bewegen. Aus diesem Grund erfolgt die Messung mit „fliegendem Start“. In den mitgelieferten Messdaten kann nach Belieben der Startpunkt der Messung auf die 30-cm-Linie verschoben werden.

Wenn beide Methoden genutzt werden, sollten die Vorgehensweisen nach der Erarbeitung verglichen werden, sodass es zu einer Förderung der Reflexionskompetenz im Zusammenhang mit der Verwendung digitaler Medien kommt. Vor- und Nachteile sollten besprochen werden.