Arbeitsblatt: Energie

PH 210M Didaktik Physik Experiment E12 zu „Rund um die Energie Arbeitsblatt für Schülerinnen und Schüler Schulstufe: 2. Sekundarstufe, Niveau und Arbeitsform: Gruppe von 2 bis 3 Personen Einführungsaufgabe: Von der Kyburg führen zwei Strassen ins Kemptthal hinunter. Die eine Strasse ist gerade und steil, die andere flacher, da sie noch zwei Kurven drin hat. Ein Fahrer lässt sein Auto zuerst die steile Strasse hinunter rollen, ohne dabei zu bremsen, und misst unten im Tal bei einer Ziellinie seine Geschwindigkeit. Dann fährt er wieder nach oben und macht dasselbe bei der flacheren Strasse. Was vermutest du: Bei welchem Versuch hat das Auto bei der Zielgerade die höhere Geschwindigkeit und warum? Antwort: Experiment: Wir versuchen nun, diese Situation nachzuspielen. An jedem der beiden Stative ist ein Schlauch befestigt, der nach unten führt. Der eine Schlauch ist steil und gerade, der andere hat, wie die zweite Strasse, zwei Kurven drin, weshalb die Strecke weniger steil und somit auch länger ist. Beide Schläuche enden unten am selben Ort. Das simuliert die Ziellinie. Durch die beiden Schläuche lassen wir, anstelle der Autos, zwei Metallkugeln rollen. Da wir unten an der Ziellinie keine Radarfalle haben, messen wir die Geschwindigkeit auf eine andere Weise. Wenn die Kugeln unten aus den Schläuchen kommen, rollen sie weiter über die Tischkante und fallen unten in das Sandbecken. Die Kugel, die schneller ist, wird weiter fliegen als die andere. Probiert das nun selber aus! Welche Kugel aus welchem Schlauch ist schneller? Antwort: Hat die Steilheit der Strasse einen Einfluss auf die Endgeschwindigkeit? Hat die Länge der Strecke einen Einfluss? Nicole Vaudroz 13.06.2010 PH 210M Didaktik Physik Was ist entscheidend für die Endgeschwindigkeit? Experiment E12 zu „Rund um die Energie Arbeitsblatt für Schülerinnen und Schüler (Lösung) Schulstufe: 2. Sekundarstufe, Niveau und Arbeitsform: Gruppe von 2 bis 3 Personen Einführungsaufgabe: Bei welchem Versuch hat das Auto bei der Zielgerade die höhere Geschwindigkeit und warum? Antwort: Die Schülerinnen und Schüler vermuten in der Regel, dass das Auto bei der steilen Strasse schneller ist. Experiment: Welche Kugel aus welchem Schlauch ist schneller? Antwort: Es fliegen beide Kugeln gleich weit beide Kugeln haben also unten am Schlauch die gleiche Geschwindigkeit. Hat die Steilheit der Strasse einen Einfluss auf die Endgeschwindigkeit? Nein, sie hat keinen Einfluss. Hat die Länge der Strecke einen Einfluss? Nein. Die eine Kugel kommt zwar später unten an, hat dort aber dieselbe Geschwindigkeit. Was ist entscheidend für die Endgeschwindigkeit? Nur die Höhendifferenz. Materialien für das Experiment: zwei Stative mit jeweils zwei Klammern zwei Schläuche mit unterschiedlicher Länge zwei gleich grosse Metallkugeln Auffangbecken mit Sand gefüllt Klebband für die Ziellinie Aufbau des Experimentes: Die zwei Stative werden auf die gleiche Höhe eingestellt. Bei jedem Stativ wird ein Schlauch befestigt. Der kürzere Schlauch wird gerade nach unten geführt (mit einem ca. 45Winkel) und dort an einer Ziellinie befestigt (kurz vor einer Tischkante). Der längere Schlauch wird mit zwei Bögen nach unten geführt und neben dem anderen Schlauch ebenfalls fest montiert. Das Auffangbecken wird auf dem Boden so hin gestellt, dass die Kugeln hineinspicken, wenn man sie durch die Schläuche lässt. Hinweise: Nicole Vaudroz 13.06.2010 PH 210M Didaktik Physik Dauer der Vorbereitung: ca. 30 Minuten Dauer der Durchführung: ca. 30 Minuten, inkl. Lösen des Arbeitsblattes Nicole Vaudroz 13.06.2010 PH 210M Didaktik Physik Schwierigkeiten: Wenn man ohne Auffangbecken arbeiten würde und nur schauen würde, welche Kugel zuerst unten ist, und daraus schliessen würde, dass die Kugel, die zuerst ankommt, die höhere Endgeschwindigkeit hat, wäre die Schlussfolgerung falsch. Zudem ist das Resultat mit dem Auffangbecken besser erkennbar, da die Kugeln liegen bleiben. Alternativen: Das Ganze könnte auch mit zwei unterschiedlichen, aber gleich hohen „Chügelibahnen gezeigt werden, sofern das Material zur Verfügung stünde. Formel: Epot m•g•h m•v2 Ekin Potenzielle Energie gleich Masse mal Fallbeschleunigung (9.81m/s2) mal Höhe gleich ein halb Masse mal Geschwindigkeit zum Quadrat gleich kinetische Energie Nicole Vaudroz 13.06.2010