E-Phase: Bewegungen, Kräfte, Erhaltungssätze

Einführung und Orga

Beginnend mit der mathematischen Beschreibung von Bewegungen erforschen Sie, welche Ursachen die verschiedenen Bewegungsformen haben und welche grundlegenden Prinzipien wie die Impuls- und die Energieerhaltung sich dahinter verbergen.

Zum Unterricht:

  • Pro Halbjahr wird eine Klassenarbeit geschrieben.
  • Die Note der Klassenarbeit macht 1/3 und die mündliche Note 2/3 der Halbjahresnote aus.
  • Sie benötigen das Physikbuch "Dorn Bader", das zu Hause bleiben kann. Wir haben im Physikraum einen Klassensatz dieser Bücher.
  • Sie benötigen ein kariertes A4-Heft oder karierte A4-Blätter mit Rand.

Klausuren 2020/21

Tafelskript

Das PDF mit der Tafelmitschrift kann hier heruntergeladen werden.


Dynamik

1. Das Trägheitsgesetz

Material:

Fragen:

  1. Welche Kräfte wirken bei einer Autofahrt?
  2. Was ist der Unterschied zwischen der Trägheit und der Schwere?
  3. Was meinen die Autoren des Buches, wenn sie schreiben: "Trägheit schmerzt mehr als die Schwere"?
  4. Wieso treibt der Hammer einen Nagel in die Wand? Welche Kräfte wirken?

Aufträge:

  1. Überlegen und recherchieren Sie im Buch. Tauschen Sie sich in Ihrer Sitznachbarschaft zu den Fragen aus.

  2. Lassen Sie uns über die Fragen reden.

  3. Bereiten Sie eine Präsentation im Heft vor. Nicht alle Fragen müssen beantwortet werden. Zeichnen Sie, schreiben Sie Texte, machen Sie die Präsentation lebendig!

2. Kräftegleichgewicht

Material:

  • Physikbuch S. 8

Fragen:

  1. Kräfte wirken und nichts bewegt sich? Wie kann das sein?
  2. Wann stellt sich Käftegleichgewicht von selbst ein. Nennen Sie Beispiele.
  3. Wieso führt das Kräftegleichgewicht zur keiner Bewegungsänderung? Nennen Sie Beispiele.
  4. Der Aufzug - auch in der Bewegung im Gleichgewicht. Beschreiben Sie die Kräfte und die Geschwindigkeit während der Fahrt.

Aufträge:

  1. Überlegen und recherchieren Sie im Buch. Tauschen Sie sich in Ihrer Sitznachbarschaft zu den Fragen aus.

  2. Lassen Sie uns über die Fragen reden.

  3. Bereiten Sie eine Präsentation im Heft vor. Nicht alle Fragen müssen beantwortet werden. Zeichnen Sie, schreiben Sie Texte, machen Sie die Präsentation lebendig!

3. Kraftmessung und Kraftvektoren

Fragen:

  1. Was besagt das Hooksche Gesetz?
  2. Was ist ein Vektor?

A. Recherchieren Sie im Buch

Beantworten Sie die Fragen im Heft.

B. Hören Sie dem Lehrervortrag zur Vektoraddition zu.

C. Berechnen Sie im Heft:

Addieren Sie die Vektoren F1=(2;3) und F2=(-2;4) rechnerisch und zeichnerisch.

4. Zerlegen von Kräften

Fragen:

Welche Kraft greift am Körper an, der sich auf einer schiefen Ebene befindet und wie wird sie zerlegt?

A. Recherchieren Sie im Buch

Beantworten Sie die Frage im Heft. Machen Sie eine Zeichung. Benennen Sie die Kräfte.

B. Bearbeiten Sie im Heft:

Aufgaben: A1,A2,A3,A4 S12

5. Reibung

Material:

  • Physikbuch S. 36

Fragen:

  1. Wie berechne ich Haftreibung und Gleitreibung?

A. Recherchieren Sie im Buch

Beantworten Sie die Frage im Heft. Machen Sie eine Zeichung. Benennen Sie die Kräfte.

B. Bearbeiten Sie im Heft:

Aufgaben: A1,A2,A3,A4,A5 S67


Kinematik

6. Theoretische Beschreibung der geradlinigen Bewegung

Folgen Sie dem Vortrag des Lehrers zur Theorie der geradlinigen, gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung.

Fragen:

  1. Wie lauten die Formeln für s(t), v(t), a(t) der jeweiligen Bewegungen?
  2. Wie sehen die st-, vt- und at-Diagramme der jeweiligen Bewegungen aus?

7. Geradlinige und gleichförmige Bewegung im Experiment

Für diese Einheit brauchen Sie:

  • iPads
  • Brio Loks
  • Massband

A. Nehmen Sie die Bewegung der Brio-Lok mit dem iPad auf.

  1. Erstellen Sie ein st-Diagramm.
  2. Bestimmen Sie die Geschwindigkeit v_0.
  3. Stellen Sie die Ortsfunktion s(t) auf.

8. Geradlinige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung

Für diese Einheit brauchen Sie:

  • iPads
  • Schienen
  • Wagons

A. Nehmen Sie die Bewegung der Brio-Lok mit dem iPad auf.

  1. Erstellen Sie ein st-Diagramm.
  2. Bestimmen Sie die Beschleunigung a_0.
  3. Stellen Sie die Ortsfunktion s(t) auf.
  4. Stellen Sie die Geschwindigkeitsfunktion v(t) auf.
  5. Bestimmen Sie die Momentangeschwindigkeit auf der halben Strecke.
  6. Bestimmen Sie die Höhstgeschwindigkeit am Ende der Strecke.
  7. Bestimmen Sie die Durchschnittsgeschwindigkeit für die Gesamtstrecke.

9. Die Anwendung der Newtonschen Gesetze

Material:

  1. Dorn-Bader, Seite 32 ff

A. Beantworten Sie im Heft

  1. Wie lautet die Grundgleichung der Mechanik. (Newton II)
  2. Wie lauten die beiden anderen Gesetze von Newton?

B. Think-Pair-Share

  1. Sie stehen im Aufzug auf einer Waage. Er fährt nach oben. Diskutieren Sie actio, reactio und Gleichgewichtskräfte.

C. Gruppenarbeit

Bereite eine Präsentation der Musteraufgabe auf Seite 33 vor.

Gruppe A Gruppe B
Musteraufgabe Teil a) auf S. 33 Musteraufgabe Teil b) auf S. 33

D. Übunsphase.

Bearbeite die folgenden Aufgaben im Heft.

  • A1 S33: Die Formel verstehen
  • A2 S33: Benötigte Kraft für die Beschleunigung
  • A3 S33: Bewegung bei vorhandener Kraft berechnen
  • A4 S33: Beschleunigung aus Diagrammen bestimmen
  • A5 S33: Benötigte Kraft für die Beschleunigung
  • A6 S33: Beschleunigung aus Gewichtskraft

10. Aufgabenworkshop 1

Material:

  1. Dorn-Bader, Seite 37 ff

A. Übungsphase

Bearbeiten Sie die folgenden Aufgaben im Heft.

  • A4 S37: Haftreibung
  • A5 S37: Haftreibung und Winkel

B. Gruppenarbeit

Bearbeiten Sie die folgenden Aufgaben im Heft und präsentieren anschliessend die Lösung am Beamer.

GRUPPE A GRUPPE B GRUPPE C
A1 S39: Unfall und die Bremsspur A2 S39: Bremszeit und Bremskraft A3 S39: Die Fahrschulregel
A4 S39: Geschwindigkeitsänderung beim Bremsen A5 S39: Diagramme skizzieren A6 S39: Auffahrunfall
A7 S39: Bremsweg in der Schweiz A7 S39: Bremsweg in der Schweiz A7 S39: Bremsweg in der Schweiz

11. Aufgabenworkshop 2

Material:

  1. Dorn-Bader, Seite 44

A. Übungsphase

Bearbeiten Sie die vom Lehrer zugewiesenen Aufgaben im Heft und präsentieren anschliessend Ihre Lösung.

  • A1 S44: Die Resultierende
  • A2 S44: Tauziehen
  • A3 S44: Diagramme lesen und rechnen
  • A4 S44: Diagramme lesen und rechnen
  • A5 S44: Kraft nach links und Beschleunigung nach rechts
  • A6 S44: Wahrnehmung der Geschwindigkeitsänderung
  • A7 S44: Eine Messung auswerten
  • A8 S44: Kraft auf Seil im Kräftegleichgewicht
  • A9 S44: Messung auswerten (Transrapid)
  • A10 S44: Kraft beim Start einer Saturn V Rakete
  • A11 S44: Beschleunigung auf einer schiefen Ebene
  • A12 S44: Kräfte auf einer schiefen Ebene
  • A13 S44: Noch mehr Kräfte auf einer schiefen Ebene

12. Der freie Fall

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Film: Baumgartner springt

A. Bearbeiten Sie folgende Fragen im Heft:

  1. Bestimmen Sie die Aufprallgeschwindigkeit für ein Auto, das aus 15 m Höhe ohne Betrachtung des Luftwiderstandes stürzt.
  2. Wie schnell ist der Wagen nach einer, zwei oder drei Sekunden?

B. Schauen Sie den Film an und kommentieren Sie die Geschwindigkeitsänderung.

13. Fallbewegung mit Luftwiderstand

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Das Buch: "Big Bang 1" S. 56

A. Bereiten Sie eine Präsentation vor

Gruppe A Gruppe B
F18 Regentropfen F19 Maus und Ratte
Zusatzaufgabe F20: Skiweitsprung Zusatzaufgabe F20: Skiweitsprung

B. Hausaufgaben

a. Berechnen Sie die maximale Fallgeschwindigkeit eines Haustürschlüssels. Schätzen Sie Größen wie \(c_w\)-Beiwert und die Stirnfläche A. Diskutieren Sie, ob es gefährlich ist, einen Schlüssel von der 4 Etage fallen zu lassen.

b. Extra: Manchmal werden Waffen in die Luft abgefeueurt und die Projektile fallen dann irgendwann mal runter. Überlegen Sie, ob es gefährlich ist, von einem solchen Projektil getroffen zu werden.

14. Aufgabenworkshop: Mechanik geradliniger Bewegungen

15. Bewegungen in verschiedenen Bezugsystemen

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Das Buch: "Big Bang 1" S. 66

A. Bereiten Sie eine Präsentation vor

Gruppe A Gruppe B
F1 Regentropfen F2 Lara Croft
Zusatzaufgabe F3: Gewehrkugel Zusatzaufgabe F3: Gewehrkugel

B. Beantworten Sie die Fragen

  • Erklären Sie das Superpositionsprinzip
  • Erklären Sie, wie eine geschickte Wahl des Bezugsystems zur Schwerelosigkeit führt. Geben Sie Beispiele solcher Bezugsysteme.

16. Waagerechter Wurf

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Handversuch "Fallende Münzen"
  2. Demonstrationsversuch "Fallende Dartscheibe"
  3. Ihr Physikbuch auf Seite 58

Führen Sie das Experiment "Fallende Münzen" durch.

Überlegen Sie:

  • Was lässt sich über die Fallzeit beider Münzen sagen?

Beobachten Sie das Experiment "Fallende Dartscheibe".

Überlegen Sie:

  • Warum wird die fallende Scheibe immer vom Dartpfeil getroffen?

Lesen Sie die Lektion im Physikbuch: „Waagerechter Wurf Seite 58“

Notieren Sie in Ihrem Heft:

  • Welche drei Beschreibungen gibt es bei den drei Beobachtern?
  • Beschreiben Sie die Koordinaten der Wurfbahn.
  • Beschreiben Sie die Gechwindigkeitsvektoren längs der Wurfbahn.
  • Wie groß ist die Wurfweite?

17. Besuch im Schülerlabor "Dynamik"


1. KA E12 Physik

Thema: "Dynamik und Kinematik von eindimensionalen Bewegungen"

Inhalt 2020:

Es handelt sich um Beschreibung von linearen Bewegungen und die Wirkung angreifender Kräfte. Wichtige Inhalte zum Thema sind: die schiefe Ebene, Reibung, ts-, tv-, ta- Diagramme der gleichmäßig beschleunigten und gleichförmigen Bewegung, Anwendung der Gleichungen für diese zwei Formen der Bewegung.

Inhalte noch mal genauer:
  • Trigonometrischer Umgang mit Vektoren (Kraft- und Geschwindigkeitsvektoren).
  • Die Reibung (Haft- und Gleitreibung).
  • Darstellung der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung im t-s-Diagramm, t-v-Diagramm, t-a-Diagramm.
  • Beschleunigte Bewegung auf der schiefen Ebene.
  • Interpretation dieser Diagramme (z.B. aus Messung mit iPad):
  • Bestimmung der Durchschnittsgeschwindigkeit -Bestimmung der Momentangeschwindigkeit
  • Bestimmung der Strecke
  • Bestimmung der Beschleunigung
  • Zeichnen von Diagrammen. Tafel und Buch
  • Anwendung der Bewegungsgleichungen (Formeln für Strecke, Geschwindigkeit und Beschleunigung) der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung. Gerechnete Aufgaben
Im Dorn-Bader sind es die Seiten 6-46:

Insbesondere sollten Sie sich anschauen:

  • Kraftkomponenten an der schiefen Ebene. Dorn-Bader S.12
  • Reibung, Kräfte und Beschleunigung an der schiefen Ebene wie im Unterricht gerechnet.
  • Aufgaben: A2 S12
  • Gleichförmige Bewegungen. S.14
  • Aufgabe: A2 S14
  • Aufgaben: A1-A5 S19
  • Durchschnittsgeschwindigkeit im Diagramm bestimmen
  • Die Momentangeschwindigkeit. S. 20
  • Gleichmäßig beschleunigte Bewegung, Seite 24.
  • Aufgaben zur gleichmäßigen beschleunigten Bewegungen: A2-A5 S27
  • Aufgaben zum 2. Newton’schen Gesetz: A1-A6 S33
  • Aufgaben zur Reibung: A4-A5 S37
  • Aufgaben zur Verkehrsphysik: A1, A2 S39

Eine Formelsammlung darf benutzt werden. Sie können meine Formelsammlung (hier) ausdrucken und den Ausdruck mitbringen. Noch besser ist es, wenn Sie die bei uns eingeführte Formelsammlung Tafelwerk (Mathematik + Physik) kaufen. Diese können Sie auch im Mathematikunterricht und im Abitur benutzen.

Mein Tipp: Beginnen Sie jetzt mit der Vorbereitung!


Erhaltungssätze

18. Energieerhaltung und Umwandlung

eine Wiederholung

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Informationsmaterial auf LeifiPhysik (Erhaltungssätze)

A. Lesen Sie die Lektion auf LeifiPhysik: „Grundwissen: Energie und Energieerhaltungssatz“

  1. Notieren Sie in Ihrem Heft:
    • Die drei bekannten Energieformen und Ihre Formeln
    • Wie lautet der Energieerhaltungssatz?
  2. Bearbeiten Sie eine Aufgabe und bereiten Sie sich vor, sie zu präsentieren.

B. Lesen Sie die Lektion auf LeifiPhysik: „Grundwissen: Arbeit als Energietransfer“

  1. Notieren Sie in Ihrem Heft:
    • Wie ist die Arbeit W definiert?
    • Wann ist die Arbeit W positiv und wann negativ?
  2. Bearbeiten Sie eine Aufgabe und bereiten Sie sich vor, sie zu präsentieren.

C. Lesen Sie die Lektion auf LeifiPhysik: „Grundwissen: Energieentwertung durch Reibung“

  1. Notieren Sie in Ihrem Heft:
    • Erklären Sie welche Vorgänge man reversibel und welche ireversibel nennt.
    • Diskutieren Sie jeweils die Energieerhaltung.
  2. Bearbeiten Sie die Aufgabe "Radfahrer in der Halfpipe mit Reibung" bereiten Sie sich vor, sie zu präsentieren.

19. Impulserhaltung

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Informationsmaterial auf LeifiPhysik (Erhaltungssätze und Stöße)
  2. Arbeitsblatt AB71: "Gwen Stacys Tod"

Lesen Sie die Lektion auf LeifiPhysik: „Grundwissen: Impuls und Impulserhaltungssatz“

Notieren Sie in Ihrem Heft:

  • Warum sind beide Varianten (Variante 1 und Variante 2) im Beispiel mit dem Newton-Pendel denkbar?
  • Wie wurde der Impulserhaltungssatz aus dem 3. NEWTON'schen Axiom bei einem eindimensionalen Stoß hergeleitet?
  • Wie ist der Impuls p definiert und was ist seine Einheit?

Lesen Sie die Lektion auf LeifiPhysik: „Grundwissen: Kraftstoß“

Notieren Sie in Ihrem Heft:

  • Beschreiben Sie was mit dem Impuls passiert, wenn eine Kraft wirkt?
  • Wie ist der Kraftstoß definiert?
  • Welchen Einfluss hat die Zeit bei einem Abbremsvorgang auf die Kraft? Was hat das mit dem Impuls zu tun?

Lesen Sie das Arbeitsblatt mit dem Spider-Man AB71: "Gwen Stacys Tod"

Überlegen Sie für die anschließende Diskussion, in der Sie mit dem neu gelernten Begriff "Impuls" argumentieren:

  • Warum überlebt Gwen Stacy in der Episode aus 1973 den Sturz trotz Rettung durch Spider-Man nicht?
  • Von welchen Faktoren (physikalischen Größen) hängt die Überlebenschance ab?
  • Wie hätte Spider-Man vorgehen können, um Gwen zu retten?
Wortgeländer: besitzt einen Impuls, Impuls wird abgegeben, weitergeleitet, übertragen   

20. Zentraler vollkommen unelastischer und vollkommen elastischer Stoß

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Informationsmaterial auf LeifiPhysik (zentraler vollkommen unelastischer Stoß)
  2. Informationsmaterial auf LeifiPhysik (zentraler elastischer Stoß)
  3. Experimentierschienen mit Wagons und iPads für die Videoanalyse

A. Recherchieren Sie auf LeifiPhysik und notieren Sie in Ihrem Heft:

Lesen Sie die Lektion "Zentraler vollkommen unelastischer" Stoß auf LeifiPhysik.

  • Wann sprechen wir von einem vollkommen unelastischen Stoß?
  • Schreiben Sie die Formeln für die Gesamtgeschwindigkeit nach dem Stoß v' und die bei dem Stoß umgewandelte Energie \DeltaU und die Ausgangsvoraussetzungen: die Impulserhaltung und die Energieerhaltung auf.
  • Da die Herleitung nicht schwierig ist, versuchen Sie als freiwilligie Vertiefung die Formeln herzuleiten.
  • Welche Sonderfälle werden bei dem Stoß behandelt? Was folgt für die Geschwindigkeiten und die umgewandelte Energie für die jeweiligen Fälle?

B. Recherchieren Sie auf LeifiPhysik und notieren Sie in Ihrem Heft:

Lesen Sie die Lektion "Zentraler elastischer Stoß" auf LeifiPhysik.

  • Wann sprechen wir von einem elastischen Stoß?
  • Schreiben Sie die Formeln für die beiden Geschwindigkeiten nach dem Stoß v'_1 v'_2 auf.
  • Welche Sonderfälle werden bei dem Stoß behandelt? Was folgt für die Geschwindigkeiten und die umgewandelte Energie für die jeweiligen Fälle?

C. Beantworten Sie den Quiz auf LeifiPhysik

D. Führen Sie ein Experiment und notieren Sie in Ihrem Heft:

Führen Sie ein Experiment zum zentralen vollkommen unelastischen Stoß.

  • Konzipieren Sie ein Experiment und werten Sie es aus. Hier können Sie im Experiment, einen der Sonderfälle aus dem Theorieteil nachstellen.
  • Überprüfen Sie dabei die Vorhersage der Theorie auf Ihre Anwendbarkeit.

E. Führen Sie ein Experiment und notieren Sie in Ihrem Heft:

Führen Sie ein Experiment zum zentralen elastischen Stoß.**

  • Konzipieren Sie ein Experiment und werten Sie es aus. Hier können Sie im Experiment, einen der Sonderfälle aus dem Theorieteil nachstellen.
  • Überprüfen Sie dabei die theoretische Vorhersagen.

21. Aufgabenworkshop

Für die heutige Doppelstunde brauchen Sie

  1. das Physikbuch S.94

A. Bearbeiten Sie zwei der folgenden Aufgaben in Ihrem Heft

  • A1 Begriffe,
  • A4 Einsenbahnwagen,
  • A5 Pendelkörper,
  • A7 Impulsübergabe,
  • A8 Kreisverkehr

22. Impulsänderung (Kraftstoß)

Für die heutige Doppelstunde brauchen Sie

  1. das Physikbuch S.86

A. Recherchieren Sie im Buch und notieren Sie in Ihrem Heft

  • Was wird als Kraftstoß genannt und wie lautet die dazugehörige Formel?
  • Was beschreibt die Fläche unter der Kurve im tF-Diagramm B2 S86?

B. Bearbeiten Sie die folgenden Aufgaben in Ihrem Heft

  • A1 S86

23. Kleine Projekte zur Impulserhaltung

  1. Reader "Impuls - Big Bang" von M. Apolin (Benutzername: hvgg Passwort: ist Ihnen bekannt)
  2. Münzen, wenn Sie experimentieren wollen

A. Lesen Sie die Ihnen zugeordnete Lektion im Reader

Lesen Sie die entsprechende Lektion im Reader und bearbeiten Sie mindestens eine Aufgabe im Heft. Kommunizieren Sie dabei mit Ihren Gruppenmitgliedern (WhatsApp, Skype, Telefonanruf, Chat im Schulportal). Für Gruppeneinteilung: laden Sie das Tafelskript oder klicken Sie hier

Gruppe Thema Aufgaben
A 9.2 Meteoriten, Leitplanken, Skispringen - inelastischer Stoß F5-F8
B 9.3 Billard, Fußball, Münzencrash - elastischer Stoß F9-F12
C 9.4 Fliegen, Raketen, Tintenfische - Der Kraftstoß F13-F16
D 9.2 Meteoriten, Leitplanken, Skispringen - inelastischer Stoß F5-F8
E 9.3 Billard, Fußball, Münzencrash - elastischer Stoß F9-F12
F 9.4 Fliegen, Raketen, Tintenfische - Der Kraftstoß F13-F16
G 9.3 Billard, Fußball, Münzencrash - elastischer Stoß F9-F12

B. Erstellen Sie eine Präsentation

Erstellen Sie eine Präsentation zu Ihrem Thema, die nicht länger als 5 Minuten dauert. Wählen Sie dazu Beispiele aus, die Sie am interessantesten fanden. Sie müssen also nicht alles behandeln. Einigen Sie sich darauf, wer die Präsentation erstellt und unterstützen Sie die Person durch Zusendung eigener Materialien.

24. Besuch im Schülerlabor "Biomechanik"


Kreisbewegungen

25. Grundbegriffe Kreisbewegungen

Für diese Einheit brauchen Sie

  1. das Physikbuch S.96-97
  2. Internetzugang

A. Schauen Sie sich die Filme an.

und Zeichnen Sie in Ihrem Heft:

  • Zeichnen Sie die Schleifenscheibe und die Bahn der wegfliegenden Funken.
  • Zeichnen Sie die Steinschleuder und die Bahn der wegfliegenden Steine.

B. Recherchieren Sie im Physikbuch S. 96-97

Recherchieren Sie im Physikbuch S. 96 ff und notieren im Heft:

  • Erklären Sie die Begriffe "Geschwindigkeit der gleichförmigen Kreisbewegung", "Umlaufdauer", "Drehfrequenz", "Winkelgeschwindigkeit" und ihre Beziehungen zueinander auf einem Blatt.
  • Im Bezug auf die Winkelgeschwindigkeit überlegen Sie in welcher Beziehung das Bogenmaß zu den Gradangaben steht.

C. Schauen Sie sich den Film "Wiener Prater Kettenkarussell" an.

  • Was können Sie über die Bewegungsrichtung des kreisenden Körpers sagen?
  • Was können Sie über die auftretenden Kräfte sagen?
  • Bestimmen Sie die Umlaufdauer T, Winkelgeschwindigkeit \omega und die Drehfrequenz f des Karussels, in dem Sie eine Stoppuhr mitlaufen lassen (Handy oder Web)
  • Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Karusselsitze, wenn Sie annehmen, dass der Radius der Kreisbewegung bei r=7 m liegt.
  • Sie können Ihren Kommilitonen einen Gruß oder Hilfe im Etherpad Physik Ea schreiben (wenn Sie wollen).

D. Bearbeiten Sie die Aufgabe

  • A2S97 a und b

Hilfe zu b: Umlaufradius in Deutschland bekommen Sie über die Sinusfunktion. Zeichnen Sie sich dazu am besten eine Skizze.

\( cos(\alpha)=r_1 / R \)

26. Die Zentripetal- und Zentrifugalkraft

Für diese Einheit brauchen Sie

  1. Das Physikbuch S.98
  2. Internetzugang

Diesmal geht es um die zentralen Begriffe: Zentripetalkraft, Zentripetalbeschleunigung, Zentrifugalkraft und Zentrifugalbeschleunigung.

Schauen Sie den Film an und überlegen Sie

  • Welche Fragen stellen sich hier?
  • TPS: Warum können die Verkehrsteilnehmer nicht um die Kurve fahren?

A. Recherchieren Sie im Physikbuch und notieren im Heft:

  • Stellen Sie eine Formel für die Zentripetalbeschleunigung oder die Zentripetalkraft auf (Buch S.98).
  • In welche Richtung wirkt diese Beschleunigung oder die Kraft?
  • Zeichnen Sie eine Kurve mit dem Radius 5 cm und eine Kurve mit dem Radius 15 cm. Was würde man als eine "enge Kurve" bezeichnen?
  • Berechnen Sie das Beispiel auf S.98

B. Überlegen Sie und notieren im Heft:

Wenn Sie selbst rotieren (Ihr Bezugsystem sind also Sie selbst) dann sprechen Sie von der Zentrifugalkraft. Erinnern Sie sich und versuchen Sie sich diese Kraft noch mal vorzustellen.

  • Wenn Sie im Auto abbiegen oder auf dem Karussel kreisen, spüren Sie diese Kraft. In welche Richtung spüren Sie ihre Wirkung, nach innen oder nach außen? In welche Richtung werden Sie tatsächlich beschleunigt?
  • Wenn Sie im Auto nach vorne beschleunigen (am besten geht das mit einem Elektroauto), spüren Sie eine Kraft. In welche Richtung spüren Sie ihre Wirkung, nach vorne oder nach hinten? In welche Richtung werden Sie tatsächlich beschleunigt?
  • Wenn Sie möchten, machen Sie eine Zeichung.

C. Schauen Sie den Film an, lesen Sie den Text auf LeifiPhysik und notieren Sie im Heft:

Schauen Sie sich den Film von Prof. Karlheinz Meier - Fliehkraft an und lesen Sie die Erklärung zur Zentrifugalkraft auf LeifiPhysik Zentrifugalkraft. Notieren Sie im Heft:

  • Geben Sie mindestens ein Beispiel an, bei dem man von einer Fliehkraft (also von einer Zentrifugalkraft, Scheinkraft oder Trägheitskraft) spricht.
  • Versuchen Sie den Unterschied zwischen der Zentripetal und der Zentrifugalkraft zu beschreiben.
  • Mit welcher Formel werden die Kräfte und die entsprechenden Beschleunigungen berechnet?
  • (optional) Sie haben die Neigung der rotierenden Flamme im Film des Prof. Meier gesehen. Warum neigt sich diese nach innen?

27. Fahrzeuge in der Kurve

Für diese Einheit brauchen Sie

  1. Das Physikbuch S.100
  2. Internetzugang

A. Recherchieren Sie im Physikbuch und notieren im Heft

Betrachten Sie den Versuch V1 S.100.

  • Warum bleibt der Stopfen auf der sich drehenden Scheibe liegen?
  • Bestimmen Sie die Bahngeschwindigkeit v, ab der der Gummistopfen auf einer rotierenden Holzscheibe vom Radius r=20cm wegfliegt (Haftreibungskoeffizient = 0,5).

B. Bearbeiten Sie die folgende Aufgabe

Lesen Sie den Textabschnitt "Achtung Kurvenfahrt" S.101 und bearbeiten Sie die A3 S101.

  • Warum muss ein rasanter Autofahrer, der seine Geschwindigkeit nicht drosseln möchte, eine Kurve „schneiden“? „Kurven-schneiden“ ist deswegen so gefährlich und daher verboten, weil man zum Ausweichen vor einem nicht vermuteten entgegenkommenden Fahrzeug plötzlich eine sehr enge Kurve fahren müsste.
  • Zeichnen Sie die Trajektorie eines Fahrzeugs, das zuerst die Kurve schneidet und dann plötzlich ausweichen muss und markieren Sie die Stelle, in der diese gefährliche enge Kurve auftritt.
  • Begründen Sie unter Zuhilfenahme der Formeln, warum dieses Ausweichen gefährlich ist.

28. Der Looping

Für die heutige Stunde benötigen Sie:

  1. Film: Looping-Skateboard
  2. Demonstrationsexperiment "Stahlkugel im Looping"
  3. iPads mit Internetanschluss

A. Berechnen Sie die Aufgabe

  • Aufgabe A4 S99

B. Schauen Sie sich den Film an.

Formulieren Sie Fragen, die sich hier stellen.

C. Zeigen Sie am Demonstrationsexperiment

Demonstrieren Sie das Problem am Modell.

D. TPS in Gruppen (so wie Sie sitzen)

  • Einigen Sie sich auf die Frage, die Sie in Ihrer Gruppe untersuchen wollen.
  • Notieren Sie physikalische Größen, die dabei untersucht werden müssten.
  • Schreiben Sie Ihre Frage auf.

E. Bereiten Sie eine Präsentation in Ihrer Gruppe vor

  • Untersuchen Sie gemeinsam in Ihrer Gruppe eine Frage.
  • Fertigen Sie bei der Bearbeitung eine Skizze an. Erläutern Sie die Zusammenhänge. Rechnen Sie, wenn es nötig ist.
  • Bereiten Sie eine Präsentation Ihrer Arbeit im Heft vor.
Fragen, die beim Problemlösen helfen.
  • Wie lässt sich das Problem veranschaulichen oder anders darstellen?
  • Haben Sie ähnliches Problem bereist gelöst? Wie?
  • In welche Teilprobleme lässt sich das Problem zerlegen?
  • Was lässt sich aus den gegebenen Angaben folgern?
  • Was wird benötigt, um das Gesuchte ableiten zu können?
Verschiedene Hilfen, die Sie bei der Vorbereitung Ihrer Präsentation verwenden können:
Frage Hilfen
Wie groß ist der Looping? Wie groß ist die Masse des Skateboarders? Hilfe
Wie spreche ich über diese Größen? Wenn Ihnen Worte fehlen, schauen Sie hier nach. Hilfe
F1: Wie groß ist die Geschwindigkeit am Fuß des Loopings, um nach oben zu gelangen? Erste Hilfe / Zweite Hilfe
F2: Welche Kräfte müssen oben wirken, damit der Skateboarder nicht herunter fällt? Erste Hilfe / Zweite Hilfe
F3: Welche Geschwindigkeit muss der Skateboarder oben haben, um nicht herunter zu fallen? Erste Hilfe / Zweite Hilfe
F4: (Schwierig) Wie groß ist die Geschwindigkeit am Fuß des Loopings, um nach oben zu gelangen und nicht herunter zu fallen? Erste Hilfe / Zweite Hilfe
F5: (Einfach) In welcher Höhe muss der Skateboarder an der Rampe starten, um beim Looping nach oben zu gelangen? Erste Hilfe / Zweite Hilfe
F6: In welcher Höhe muss der Skateboarder an der Rampe starten, um beim Looping nach oben zu gelangen und nicht herunter zu fallen? Erste Hilfe / Zweite Hilfe
F7: (Schwierig) Welche Kräfte wirken am Fuß des Loopings, wenn die Geschwindigkeit ausreichend hoch ist, um den Looping zu passieren? Erste Hilfe / Zweite Hilfe

Weitere Materialien zum Thema:

  1. Website: Skater im Looping
  2. Film: Looping von SimpleClub

Gravitation und Planetenbewegungen

29. Das Gravitationsgesetz

Für diese Einheit brauchen Sie

  1. Das Physikbuch S.106ff
  2. Internetzugang

A. Schauen Sie sich das Einstiegsvideo an

Um ins Thema einzutauchen, schauen Sie sich bitte das Video "Isaac Newton und die Gravitation" an.

YouTube: (https://www.youtube.com/watch?v=kcfVRnxgiZA)

B. Recherchieren Sie auf Seite 106ff und notieren Sie im Heft

  • Welche "drei Schritte" zum Gravitationsgesetz werden im Buch beschrieben?
  • Wie lautet das Gravitationsgesetz?
  • Wie groß ist die Gravitationskonstante?

C. Bestimmen Sie den Durchmesser des Mondes

Am 5.6.2020 gab es Vollmond. Wenn Sie sich beeilen, können Sie das Experiment auch jetzt noch machen. Sie brauchen ein 5 oder 10 Cent Stück, ein Blatt Papier und ein Lineal. Weitere Anleitung finden Sie im Physikbuch S.108 A1 oder im Internet. Erläutern Sie das Vorgehen im Heft und machen Sie Fotos bei der Versuchdurchführung.

D. Bearbeiten Sie folgende Aufgaben

  • A2 S108
  • A3 S108 (Radius und Umlaufdauer). Es heißt "schätzen", weil Sie näherungsweise mit einer Kreisbahn rechnen sollen.

30. Die Keplerschen Gesetze

Für diese Einheit brauchen Sie

  1. Das Physikbuch S.110ff
  2. Internetzugang

A. Schauen Sie sich das Video (15 Min) an

Schauen Sie sich diesen sehr informativen Film über Keplers Leben und Wirken an.

YouTube: (https://www.youtube.com/watch?v=mvqHTCxDyac)

B. Bearbeiten Sie die folgende Aufgabe im Heft.

freiwillig A1 S 113


THEMEN DER E-PHASE: Dynamik, Kinematik, Erhaltungssätze

Impressum

Bei Fragen wenden Sie sich bitte an:

Thomas Pawletko
Heinrich-von-Gagern-Gymnasium
Bernhard-Grzimek-Allee 6-8
60316 Frankfurt am Main
Telefon: 069 212-35150 | Fax: 069 212-40537 | Schulhomepage