Arbeitsblatt: Lernaufgabe Kräftemesser bauen

Kräftemesser bauen Experiment K12 zu „Wie Kräfte wirken Didaktische Rekonstruktion Ziele: Die SuS bauen in zweier Teams einen Kraftmesser, mit dem zwischen 0.1N und 1N möglichst genau gemessen werden kann. Als Hilfsmittel dürfen Gummiringe, Schnüre, eine Massstab, Stativmaterial und angeschriebene Gewichte verwendet werden. haben Freude am Experimentieren. Sachthema: Kraftmesser bauen, mit dem Kräfte zwischen 0.1N und 1N möglichst genau gemessen werden können. Elementare Grundideen: Kräfte können in drei Richtungen gemessen werden. Hier wird aber nur die Kräftemessung in eine Richtung gemessen. (Einkomponenten-Kraftmessung) Um einen Kraftmesser zu bauen, benötigt es elastisches Material, dass mit definierten Gewichten belastet wird und anhand dieser eine Skala definiert wird. Sachstruktur/Ideen für das Experiment: Die SuS erarbeiten sich die Idee, wie man mit dem gegebenen Material einen Kräftemesser baut, zu zweit und möglichst ohne unterstützende Lernhilfen. Schülerperspektive: Eine Waage ist ein Kraftmesser. Kraftmesser messen nur die Gewichtskraft. Die Gewichtskraft wird in Kg angegeben. Die Gewichtskraft hat die Einheit Newton. Interessen Motivation: Freude am Ausprobieren der Gewichte Knifflige Angelegenheit die Skala zu definieren (Herausforderung) Einen möglichst genauen Kraftmesser zu bauen. Einbettung in den Unterricht Dieses Experiment kann in der Mechanik beim Thema „Kräfte wirken auf Körper eingebettet werden. Es kann relativ zu Beginn der Mechanik durchgeführt werden. Als Vorwissen müssen die SuS nur wissen, was Kräfte sind und wie sie wirken. Der nächste Schritt, wie man Kräfte misst, kann mit diesem Experiment eingeführt werden. Als Nachbearbeitung kann bei jedem hergestellen Kraftmesser eine Messgenauigkeitsmessung durch die Lehrperson vorgenommen werden. So kann ein Feedback gegeben werden, wie exakt ihr Kräftemesser ist. 1/5 Kräftemesser bauen Auftrag Kraftmesser bauen Material Gummiringe Schraubenfedern Fadenrolle Schnur Schere Massstab Büroklammern Verschiedene Stative Halterungen Gewichte: 1x 200g, 1x 100g, 1x 50g, 1x 25g, 1x 10g, 1x 5g Sozialform Zeit 2er Teamarbeit 45 Minuten Baut mit dem zur Verfügung gestelltem Material einen Kräftemesser, der die Gewichtskraft zwischen 0.1 Newton und 1 Newton möglichst genau messen kann. Am besten baut ihr mit den Büroklammern einen Haken, an dem ihr die Gewichte zur Messung anhängen könnt. Dokumentiert euer Vorgehen und eure Resultate sauber auf ein separates Blatt. Macht dazu eine Skizze von eurem Kraftmesser. Eure Dokumentationen gebt ihr bis Ende der Lektion ab. Viel Spass 2/5 Kräftemesser bauen Lösungsblatt Als Lösungsblatt können verschiedene Versionen gelten. Als Überprüfung der Lernziele ist es sinnvoll am Schluss der Lektion, bei jeder Gruppe den Kräftemesser auszutesten. Die Skizze könnte ungefähr so aussehen: Abbildung 1 Das Vorgehen sollte folgende Schritte beinhalten: Stativ Halterung bauen. Aufhängung einrichten, an welcher ein Gummiring angebracht ist. Einen Haken anbringen, um Gewichte dran hängen zu können. Einen Zeiger zur Messung anbringen. Eine Skala definieren anhand der Gewichte. Dokumentation fertigstellen 3/5 Kräftemesser bauen Hinweise zu möglichen Schwierigkeiten Zu Beginn könnten Gruppen keine Ideen haben, wie Sie solch einen Kraftmesser bauen sollten. Hier kann die LP individuell in der Gruppe etwas nachhelfen. Die Schüler dürfen die Gewichtskraft nicht mit der Masse verwechseln, was bei Physik-Laien oft der Fall ist. Nur weil bei diesem Experiment die Gewichtskraft mit Gewichten, welche in Kilogramm oder in Gramm angegeben sind, gemessen wird. Doch die Kräfte werden in Newton gemessen. Abbildung 2 Die SuS könnten nicht wissen, wie viel die Gewichtskraft von einem Kilo Masse hat. Ein Kilogramm Masse besitzt ungefähr die Gewichtskraft von 10 Newton. Das Verhältnis von Masse und Gewichtskraft ist bei gleich bleibender Erdbeschleunigung proportional. Angabe zur Zielstufe, Niveau Das Auftragsblatt wurde für eine Klasse der Sek 1 konzipiert, welche die Thematik der Mechanik für die Sek 1 bereits durchgenommen hat. Um das Niveau innerhalb einer A, oder Klasse anzupassen, können folgende Anpassungen vorgenommen werden. Schwieriger: Keine angeschriebenen Gewichte, sondern beispielsweise verschiedene Münzen Weniger Gewichte Kein Hinweis zum Haken Einfacher: Mehr Hinweise zum Vorgehen Mehr Hinweise zum Endprodukt Vorgaben zur Definierung der Skala Skizze auf Arbeitsblatt als Unterstützung Anstatt einen Kraftmesser (Messung in N) eine Waage (Messung in g) herstellen. Kommentar zur Offenheit der Aufgabe Dieses Schüler/-innen-Experiment kann offener gestaltet werden. Beispielsweise mit einer Messvorgabe eines Grösseren Bereichs, bsw. 0.1N bis 10N. Es können auch andere Materialien vorgegeben werden. So könnte beispielsweise in einer 2. Version anstatt des Gummirings Schraubfedern oder andere elastische Materialien verwendet werden. Man kann diese Aufgabe zusätzlich Erweitern, indem der Auftrag gebeben wird, man müsse mit dem hergestellten Kraftmesser Massen von bestimmten Gegenständen wie Nüsse, Steine, Münzen, Gummibällen, etc. gemessen werden. 4/5 Kräftemesser bauen Quellen Abbildung 1 /cont/cms/upload/schulfaecher/ph/ph08/heimversuche/hv-kraftmesser.pdf Abbildung 2 5/5