E-Phase: Bewegungen, Kräfte, Erhaltungssätze

E-Phase: Bewegungen, Kräfte, Erhaltungssätze | T. Pawletko | Heinrich-von-Gagern-Gymnasium | Datum: __________

Das Schuljahr 2023/24

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. Sie lernen die Bedeutung des Energieerhaltungssatzes in verschiedensten Zusammenhängen wie zum Beispiel der Wärmelehre kennen und wenden dieses Wissen auf Wurf- und Kreisbewegungen, aber auch auf Bereiche der Astronomie wie der Bewegung der Planeten im Gravitationsfeld der Sonne an. LeifiPhysik

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 einen Schnellhefter mit karierten A4-Blättern mit Rand.

Tafelskript

Das PDF mit der Tafelmitschrift kann hier heruntergeladen werden. Das Passwort wurde im Schulportal hinterlegt.

Dynamik

1. Das Trägheitsgesetz

Material:

A. Ein paar Experimente zum Einstieg

Demoexperimente

B. Überlegen und recherchieren Sie im Buch.

Tauschen Sie sich in Ihrer Sitznachbarschaft zu den Fragen aus.

  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 dabei?

C. Diskussion

  1. Führen Sie eine Diskussion im Plenum über die gestellten Fragen.
  2. Notieren Sie die Ergebnisse der Diskussion in Ihrem Heft.

D. Handexperiment mit den Kraftmessern

Anleitung zum Experiment Trägheit

2. Kräftegleichgewicht

Material:

  • Physikbuch S. 8

A. Überlegen und recherchieren Sie im Buch.

Tauschen Sie sich in Ihrer Sitznachbarschaft zu den Fragen aus.

  1. Kräfte wirken und nichts bewegt sich? Wie kann das sein?
  2. Wann stellt sich ein Käftegleichgewicht von selbst ein? Nennen Sie Beispiele.
  3. Wieso führt ein 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. (Seite 9)
  5. Gibt es weitere Beispiele für ein Kräftegleichgewicht während der Bewegung?

B. Diskussion

  1. Führen Sie eine Diskussion im Plenum über die gestellten Fragen.
  2. Notieren Sie die Ergebnisse der Diskussion in Ihrem Heft.

C. Präsentieren Sie gegebenenfalls Ihre Zusammenfassung.

3. Kraftmessung und Kraftvektoren

Material:

  • Physikbuch S. 10

A. Recherchieren Sie im Buch.

Tauschen Sie sich in Ihrer Sitznachbarschaft zu den Fragen aus.

  1. Was besagt das Hooksche Gesetz?
  2. Wie messen und wie berechnen Sie die Gewichtskraft?
  3. Wie können Sie die Resultierende (Kraft) bestimmen, wenn mehrere Kräfte wirken?
  4. Warum sind Kräfte Vektoren?

B. Diskussion und Vortrag.

  1. Beantworten Sie die Fragen im Plenum
  2. 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.

D. Fassen Sie das Gelernte zusammen

Nicht alle Fragen müssen beantwortet werden. Zeichnen und/ oder schreiben Sie.

4. Zerlegen von Kräften

Material:

  • Physikbuch S. 12

A. Recherchieren Sie im Buch, schauen sie das Video an.

Beantworten Sie die Frage im Heft. Machen Sie eine Zeichung. Benennen Sie die Kräfte. Ein Erklärvideo können Sie hier aufrufen

Welche Kraft greift am Körper an, der sich auf einer schiefen Ebene befindet und wie wird sie zerlegt? Wie kann ich mit Hilfe der Trigonometrie die verschienenen Kräfte berechnen?

B. Bearbeiten Sie im Heft:

Aufgabe A1 S12

Aufgabe A2 S12

Aufgabe A3 S12

Aufgabe A4 S12

5. Reibung

Material:

A. Recherchieren Sie im Buch

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

Wie berechne ich Haftreibungs- und Gleitreibungskraft?

B. Bearbeiten Sie im Heft:

Aufgabe A1 S37 Mikroskopisches Modell

Aufgabe A2 S37 Geige und Türscharnier

.

Aufgabe A3 S37 Positive und negative Folgen

Aufgabe A4 S37 Stahlquader

Aufgabe A5 S37 Schiefe Ebene. Dazu können Sie sich den Film anschauen.

C. Bearbeiten Sie im Internet

Film: Verschiedene Reibungen auf einer schiefen Ebene:

Quiz auf Leifi zur Reibung allgemein

D. Experiment Reibung

Anleitung zum Experiment Reibung

Kinematik

6. Geradlinige Bewegung im Experiment

Für diese Einheit brauchen Sie:

  • iPads
  • Brio Loks
  • Schienen
  • Wagons
  • Massband
  • Newton DV App

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

  1. Erstellen Sie ein st-Diagramm.

B. Nehmen Sie die Bewegung des Wagons auf der schiefen Ebene mit dem iPad auf.

  1. Erstellen Sie ein st-Diagramm.

C. Beantworten Sie

  1. Worin unterscheiden sich die beiden Diagramme?
  2. Welche physikalische Größe können Sie der Steigung der st-Kurve entnehmen?
  3. Welche der beiden Bewegungen ist beschleunigt und voran erkennen Sie das?
  4. Was glauben Sie ist die Ursache der Beschleunigung?

7. Theoretische Beschreibung der geradlinigen Bewegung

A. 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?

B. Übungen Seite 19 (gleichförmige Bewegungen)

Einige einfache Aufgaben nach Bedarf.

C. Übungen Seite 27 (gleichmäßig beschleunigte Bewegungen)

Einige einfache Aufgaben nach Bedarf.

  • Aufgabe 2 Seite 27 Zuerst Beschleunigen dann gleichförmig Fahren.
  • Aufgabe 3 Seite 27 Beschleunigung aus Geschwindigkeit und Zeit berechnen.
  • Aufgabe 4 Seite 27 Beschleunigung und Geschwindigkeit aus Zeit und Strecke berechnen.

Lösungen Seite 27 Aufgabe A2, A3, A4

11. Die Anwendung der Newtonschen Gesetze

Material:

  1. Dorn-Bader, Seite 32 ff

A. Beantworten Sie im Heft

Wie lautet die Grundgleichung der Mechanik?

B. Think-Pair-Share

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

C. Gruppenarbeit

Bereiten Sie 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

12. 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

13. 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

14. Fallbewegungen im Experiment

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Dorn-Bader, "Der freie Fall" Seite 46
  2. Dorn-Bader, "Fall mit Luftwiderstand" Seite 48""
  3. Für das Experiment: iPads, Stahlkugeln, Papiertrichter, Massstab
Zu ergründen ist der Unterschied zwischen dem freien Fall und dem Fall in Luft.

A. Studium des Materials

Nehmen Sie sich ein paar Minuten Zeit und werfen Sie einen Blick auf das Informationsmaterial in Ihrem Buch. Machen Sie sich ein paar Notizen.

B. Experiment ohne Luftwiderstand.

  1. Nehmen Sie den Fall einer Stahlkugel mit den iPad auf.
  2. Erstellen Sie ein st-Diagramm mit der App und übertragen Sie ihn ins Heft.
  3. Führen Sie eine quadratische Funktionsanpassung für s(t) in der App aus und bestimmen Sie die Beschleunigung a aus der Formel. Schreiben Sie die Formel s(t) und die Beschleunigung a auf.
  4. Distutieren Sie die Form des st-Graphen. Haben Sie eine solche Kurve erwartet? Warum?
  5. Diskutieren Sie den Wert der Beschleunigung. Haben Sie den Wert erwartet?
  6. Warum eignet sich eine Stahlkugel für die Aufnahmen einer Fallbewegung ohne Luftwiderstand?

.

C. Experiment mit Luftwiderstand

  1. Nehmen Sie den Fall eines Papiertrichters mit den iPads auf.
  2. Erstellen Sie ein st-Diagramm mit der App und übertragen Sie ihn ins Heft.
  3. Führen Sie eine quadratische Funktionsanpassung für s(t) in der App aus und bestimmen Sie die Beschleunigung a aus der Formel. Schreiben Sie die Formel s(t) und die Beschleunigung a auf. Was fällt Ihnen auf im Vergleich zur derselben Aufgaben aus Auftrag B?
  4. Distutieren Sie die Form des st-Graphen.
  5. Führen Sie im hinteren Teil des Graphen eine lineare Funktionsanpassung für s(t) in der App aus und bestimmen Sie die maximale Geschwindigkeit des Papiertrichters.
  6. Wie können Sie das Auftreten der maximalen Geschwindigkeit erklären?
  7. Versuchen Sie die maximale Geschwindigkeit für einen Papiertrichter mit der Formel aus dem Buch zu berechnen und vergleichen Sie den gemessenen Wert mit dem gerechnetet. Geben Sie die Prozentuale Abweichung der Werte voneinender an.

15. Fallbewegung mit Luftwiderstand

Für diese Einheit brauchen Sie:

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

A. Bereiten Sie eine Präsentation vor

Lesen Sie die Frage und bereiten Sie im Heft eine Präsentation vor. Dies muss kein Text sein, es können Stichpunkte, Zeichnungen und Skizzen sein. Präsentiert wird online in der Videokonferenz.

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 schriftlich, ob es gefährlich ist, einen Schlüssel von der 4 Etage fallen zu lassen.

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

16. Bewegungen in verschiedenen Bezugsystemen

Für diese Einheit brauchen Sie:

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

A. Bereiten Sie eine Präsentation vor in Ihrem Heft

Lesen Sie die Frage und bereiten Sie im Heft eine Präsentation vor. Dies muss kein Text sein, es können Stichpunkte, Zeichnungen und Skizzen sein. Präsentiert wird online in der Videokonferenz.

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

B. Bearbeiten Sie folgende Fragen im Heft:

  • Erklären Sie das Superpositionsprinzip.
  • Erklären Sie, wie eine geschickte Wahl des Bezugsystems zu einem System führt, das sich wie Schwerelosigkeit anfühlt. Geben Sie Beispiele solcher Bezugsysteme.

C. Bearbeiten Sie die Aufgaben im Heft

1. Ein Boot fährt mit einer Geschwindigkeit \( v_B= 3 \frac{m}{s}\) quer zum Fluss. Der Fluss fließt mit einer Geschwindigkeit \( v_F= 4 \frac{m}{s}\). Berechnen Sie die Gesamtgeschwindigkeit des Bootes.

2. Ein Skateboardfahrer rollt mit konstanter Geschwindigkeit auf eine quer zur Fahrtrichtung gespannte Schnur zu. Der Fahrer will, dass sein Skateboard unter der Schnur hindurchrollt, er über das Seil springt und anschließend wieder auf dem Skateboard landet. Beschreiben Sie, in welcher Richtung der Fahrer vom Skateboard springen muss. Welche Bewegungen macht der Springer im Bezugssystem des Skateboards und im Bezugssystem des Seils?

D. Video eines Parabelfluges

optional Wenn Sie möchten, können Sie sich hier zwei Videos von tollen Parabelflügen anschauen.

17. Waagerechter Wurf

Für diese Einheit brauchen Sie:

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

A. Führen Sie das Experiment "Fallende Münzen" durch. Notieren Sie im Heft:

Schauen Sie sich zuerst die Anleitung zum Versuch mit den fallenden Münzen an.

  1. Was lässt sich über die Fallzeit beider Münzen sagen?

B. Beobachten Sie das Experiment "Fallende Dartscheibe" und beantworten Sie im Heft:

  1. Warum wird die fallende Scheibe immer vom Dartpfeil getroffen?

C. Recherchieren Sie im Physikbuch in der Lektion „Waagerechter Wurf auf Seite 58“ und beantworten Sie im Heft

  1. Welche drei Beschreibungen gibt es bei den drei beschriebenen Beobachtern?
  2. Wie lauten die Gleichungen, mit denen man den Ort und die Geschwindigkeit in x- und y-Richtung berechnen kann?
  3. optional Mit Hilfe der oben genannten Gleichungen können die Geschwindigkeit und Ort eines Körpers bei einem waagerechten Wurf berechnet werden. Geben Sie die Koordinaten für die Geschwindigkeit v(v_x| v_y) und den Ort p(x | y) eines Körpers zum Zeitpunkt t=2s an, (Startgeschwindigkeit v_0=75 m/s).
  4. Beschreiben Sie die Gechwindigkeitsvektoren längs der Wurfbahn. Wie sehen diese aus?
  5. Wie lässt sich die Wurfweite berechnen?
  6. Berechnen Sie die Wurfweite eines waagerecht geworfenen Körpers mit der Startgeschwindigkeit v_0=75 m/s, der 350m tief fallen kann.

D. Berechnen Sie die folgende Aufgabe im Heft

Final approach Ein Löschflugzeug bewegt sich mit einer Geschindigkeit von 200 km/h über dem 500 m tiefer liegendem brennenden Wald. Damit das Löschwasser die Flammen trifft, muss der Pilot die Luke zum Wasserreservoir nicht dann öffnen, wenn er sich über den Flammen befindet, sondern einige Meter davor. Berechnen Sie den Abstand, in dem sich das Flugzeug vor den Flammen befinden muss, wenn das Löschwasser herausgelassen wird.

18. Besuch im Schülerlabor "Dynamik"

1. KA E1 Dynamik und Kinematik

Thema: "Dynamik und Kinematik von eindimensionalen Bewegungen"

Der voraussichtliche Inhalt 2023:

Es handelt sich um Beschreibung von linearen Bewegungen . 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 Bewegungsarten.

Inhalte noch mal genauer:
  • Trigonometrischer Umgang mit Vektoren (Kraft- und Geschwindigkeitsvektoren).
  • Die Reibung (Haft- und Gleitreibung).
  • Die Reibung an der schiefen Ebene.
  • Darstellung der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung im t-s-Diagramm, t-v-Diagramm, t-a-Diagramm.
  • Interpretation dieser Diagramme (z.B. aus Messung mit iPad):
  • Bestimmung der Durchschnittsgeschwindigkeit
  • Bestimmung der Momentangeschwindigkeit
  • Bestimmung der Strecke
  • Bestimmung der Beschleunigung
  • Zeichnen von Diagrammen.
  • 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, A3 S12 (Schiefe Ebene und Lampe auf einem Seil)
  • Gleichförmige Bewegungen. S.14
  • Aufgabe: A2 S14 (Einheiten umrechnen)
  • Aufgaben: A1-A5 S19 (gleichförmig und gleichmäßig bescheunigte Bewegungen)
  • Durchschnittsgeschwindigkeit im Diagramm bestimmen
  • Die Momentangeschwindigkeit. S. 20
  • Gleichmäßig beschleunigte Bewegung, Seite 24.
  • Aufgaben zur gleichmäßigen beschleunigten Bewegungen: A2-A5 S27
  • Aufgaben zur Reibung: A4-A5 S37

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

19. Energieerhaltung und Umwandlung

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Informationsmaterial auf LeifiPhysik (Erhaltungssätze)

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

  1. Wie heißen die drei bekannten mechanischen Energieformen und wie lauten ihre Formeln?
  2. Wie lautet der Energieerhaltungssatz?

B. Bearbeiten Sie die Aufgabe im Heft:

  1. Fontäne von Genf

C. Lesen Sie die Lektion auf LeifiPhysik: „Grundwissen: Arbeit als Energietransfer“ und notieren Sie im Heft:

  1. Wie ist die Arbeit W definiert?
  2. Wann ist die Arbeit W positiv und wann negativ?

D. Bearbeiten Sie die Aufgabe im Heft:

  1. Schleppliftfahrt

E. Lesen Sie die Lektion auf LeifiPhysik: „Grundwissen: Energieentwertung durch Reibung“ und notieren Sie im Heft:

  1. Erklären Sie welche Vorgänge man reversibel und welche ireversibel nennt und was diese mit der Energieentwertung zu tun haben. Gilt bei ireversiblen Vorgängen der Energieerhaltungssatz?

F. Bearbeiten Sie die Aufgabe im Heft:

  1. Radfahrer in der Halfpipe mit Reibung

20. Impulserhaltung

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Informationsmaterial auf LeifiPhysik (Erhaltungssätze und Stöße)

A. Recherchieren Sie auf LeifiPhysik und beantworten Sie im Heft:

  1. Betrachten Sie den Stoß zweier Körper und notieren Sie die Herleitung des Impulserhaltungssatzes aus dem Newtonschen "actio=reactio".
  2. Wie ist die neue physikalische Größe "Impuls" definiert und was ist ihre Einheit?
  3. Erklären Sie die Bedeutung der Vektoreigenschaft für den Impuls.
  4. Nennen Sie zwei weitere beliebige physikalische Größen, die ebenfalls Vektoren sind.
  5. Nennen Sie zwei weitere beliebige physikalische Größen, die keine Vektoren sind.

B. Recherchieren Sie auf LeifiPhysik und beantworten Sie im Heft:

Scrollen Sie weiter nach unten und betrachten Sie die Animation „Notwendigkeit der Impulserhaltung am Beispiel des Newton-Pendels“ .

  1. Warum sind beide Varianten (Variante 1 und Variante 2) im Beispiel mit dem Newton-Pendel denkbar?
  2. Wieso ist die Betrachtung der Impulserhaltung notwendig?

21. Kraftstoß=Impulsänderung

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Informationsmaterial auf LeifiPhysik (Kraftstoß)
  2. Arbeitsblatt AB71: "Spiderman-Gwen Stacys Tod"

A. Recherchieren Sie zur Lektion auf LeifiPhysik: „Kraftstoß“ notieren Sie in Ihrem Heft:

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

B. Lesen Sie das Arbeitsblatt AB71: "Spiderman-Gwen Stacys Tod"

Überlegen Sie für die anschließende Diskussion, in der Sie mit den neu gelernten Begriffen "Impuls, Impulsänderung, Kraftstoß, Impulsübertragung" argumentieren:

  1. Warum überlebt Gwen Stacy in der Episode aus 1973 den Sturz trotz Rettung durch Spider-Man nicht?
  2. Von welchen Faktoren (physikalischen Größen) hängt die Überlebenschance ab?
  3. Wie hätte Spider-Man vorgehen können, um Gwen zu retten?

Wortgeländer: Körper besitzt einen Impuls, Impuls wird abgegeben, weitergeleitet, übertragen, Kraft wirkt, wird angewendet

C. Übungsaufgabe Sicherheitsgurt

Bearbeiten Sie die "Übungsaufgabe Sicherheitsgurt" unten auf der Leifi-Physik-Seite im Heft.

22. Zentraler vollkommen unelastischer und vollkommen elastischer Stoß

Für diese Einheit 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.

1. Wann sprechen wir von einem vollkommen unelastischen Stoß?

2. Schreiben Sie die Formeln für die Gesamtgeschwindigkeit nach dem Stoß v' und die bei dem Stoß umgewandelte Energie \( \Delta U \) und die Ausgangsvoraussetzungen: die Impulserhaltung und die Energieerhaltung auf.

3. Da die Herleitung nicht schwierig ist, versuchen Sie als freiwilligie Vertiefung die Formeln herzuleiten.

4. 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.

1. Wann sprechen wir von einem elastischen Stoß?

2. Schreiben Sie die Formeln für die beiden Geschwindigkeiten nach dem Stoß \( v'_1, v'_2 \) auf.

3. 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

  1. Beatworten Sie die Fragen in dem LeifiPhysik Quiz

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

Führen Sie ein Experiment zum zentralen vollkommen unelastischen Stoß durch.

  1. Konzipieren Sie ein Experiment und werten Sie es aus. Hier können Sie im Experiment, einen der Sonderfälle aus dem Theorieteil nachstellen.
  2. 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 durch.

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

23. Aufgabenworkshop

Für diese Einheit brauchen Sie

  1. das Physikbuch S.86
  2. das Physikbuch S.94

A. (Kraftstoß) Recherchieren Sie im Buch S. 86 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?
  • Aufgabe 1 Seite 86

B. (Stoßvorgänge) Bearbeiten Sie zwei der folgenden Aufgaben in Ihrem Heft

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

24. 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 die Ihrer Gruppe zugeteilten Aufgaben im Heft.

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. Einigen Sie sich darauf, wer die Präsentation erstellt und unterstützen Sie die Person durch Zusendung eigener Materialien.

25. Besuch im Schülerlabor "Biomechanik"

2. KA E2 - Erhaltungssätze

Thema: "Kindematik der Fallbewegung, Energie- und Impulserhaltung"

Der voraussichtliche Inhalt 2024:

In der letzten Klausur geht es um die Gesetze der Energieerhaltung und der Impulserhaltung sowie den "freien Fall", "Fall mit Luftreibung" und den "waagerechten Wurf". Die Energie wird dabei von einer Form in eine Andere umgewandelt, aber bleibt gleich (erhalten). Zum Impuls haben wir noch nicht viel besprochen, daher wird der inhatliche Fokus der Klausur nicht auf diese Erhaltungsgröße fallen.

Wie sollen Sie vorgehen?

Überfliegen Sie die Lektionen des Kapitels "Erhaltungsätze" auf dieser Website und versuchen Sie alle Fragen, die in den verschiedenen Aufträgen gestellt wurden, zu beantworten. Die unten aufgelisteten Seiten im Dorn-Bader bieten Ihnen eine umfassende Übersicht über die Themen. Hier finden Sie ebenfalls einige Aufgaben zum selbständigen üben.

Insbesondere sollten Sie sich anschauen:

  • Formeln für den "freien Fall", "Fall mit Luftreibung" und den "waagerechten Wurf".
  • Aufgaben, die wir zu den verscheidenen Bewegungen gerechnet haben.
  • Welche Energieformen kennen Sie?
  • Wie können Sie die Energieformen berechnen?
  • Was heißt es, wenn Energie erhalten bleibt?
  • Wie ist der Impuls definiert?
  • Notwendigkeit der Impulserhaltung am Beispiel des Newton-Pendels
  • Zur Energieerhaltung: Die Fontäne von Genf (LeifiPhysik).
  • Zur Energieerhaltung: Aufgaben 1 bis 5 Seite 71
  • Zur Energieerhaltung: Aufgaben auf Seite 73

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!

Kreisbewegungen

26. 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.

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.

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

27. 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?

28. 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.

29. 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

30. 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.

31. 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

Experimente

Experiment 01: Trägheit

Experiment 02: Reibung

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