Kraft und Energie
Werbung
#OMENIUSPROJEkT 4%7)3% &3$ &20(1,86& Kraft und Energie #OPYRIGHTÚBY0ROJECT4%7)3% FORTHEPROJECTTEAM HOLUB PIKLUACAT !LLRIGHTSRESERVED0RIVACY3TATEMENT 7KLVSURMHFWKDVEHHQIXQGHGZLWKVXSSRUWIURPWKH(XURSHDQ&RPPLVVLRQ 7KLVSXEOLFDWLRQ>FRPPXQLFDWLRQ@UHIOHFWVWKHYLHZVRQO\RIWKHDXWKRUDQGWKH&RPPLVVLRQ FDQQRWEHKHOGUHVSRQVLEOHIRUDQ\XVHZKLFKPD\EHPDGHRIWKHLQIRUPDWLRQFRQWDLQHGWKHUHLQ Projekt Tewise Das Modul Kraft und Energie (12-15 Jahre) Dieses Modul setzt sich aus 27 Arbeitsblättern zusammen: 14 für die Kraft und 13 für die Energie. Es setzt sich zum Ziel, dass die Schüler durch selbstständiges Arbeiten oder Teamarbeit die beiden Begriffe verstehen und korrekt verwenden. Es werden grundsätzlich die von den Schülern aus wieder verwertbaren Materialien angefertigten Ausstattungen verwendet. Die Schüler sollen sich mit den Begriffen “Kraft” und ”Energie” auseinandersetzen, sie als etwas Gewöhnliches und nicht als etwas zu dem Laboratorium Gehörendes ansehen. In den Arbeitsblättern gibt es schwierigere Arbeitsaufgaben, die mit *) gekennzeichnet sind. Sie sind für diejenigen Schüler bestimmt, die sich das Erforschen der Naturphänomene zum Hobby gemacht haben. Wir beabsichtigen nicht, mit diesen Arbeitsaufgaben den ganzen Bereich der Kraft und der Energie zu erschöpfen. Deshalb laden wir die Kollegen herzlich ein, mit neuen Arbeitsblättern zur Bereicherung der Datei beizutragen. Inhalt: DIE KRAFT Die Wechselwirkung. Die Folgen der Wechselwirkung Wirkung und Gegenwirkung Die Wechselwirkung kann die Bewegung der Körper ändern Die Kraft misst die Wechselwirkung zwischen den Körpern Kann man die Kraft spüren? Die Kraft – das Maß der Trägheit Die Kraft – eine orientierte physikalische Größe Die dynamische Wirkung der Kräfte Die statische Wirkung der Kraft Wir bauen ein Dynamometer! Die Papierbrücke Die Reibungskraft - 1 Die Reibungskraft - 2 Das Gewicht und Newtons Apfel F.01 F.02 F.03 F.04 F.05 F.06 F.07 F.08 F.09 F.10 F.11 F.12 F.13 F.14 I.01 Kraft und Energie Projekt Tewise Die Wechselwirkung. Die Folgen der Wechselwirkung In unserer Umgebung gibt es keine isolierten Körper. Diese berühren sich gegenseitig oder beeinflussen sich indirekt. Zwischen ihnen findet eine Wechselwirkung statt, das heißt, dass sich die Körper zur selben Zeit gegenseitig beeinflussen. Die Folgen der Wechselwirkung können statisch (dann wenn eine elastische oder plastische Verformung oder eine Dehnung oder Zusammenziehung der Körper stattfindet), oder dynamisch sein (dann wenn sich die Körper in Bewegung befinden oder eine Änderung des Bewegungszustandes stattfindet, wie z.B. Start, Beschleunigung, Anhalten, Bremsen, Richtungswechsel). Gegeben sind folgende Situationen: 1. 2. 3. 4. Du trittst den Fußball mit dem Fuß. Du hältst einen Apfel in deiner Hand. Du bindest einen Apfel an einen Faden an und lässt ihn hängen. Du balancierst ein Buch auf deinem Kopf. Ergänze folgende Tabelle, indem du die Fragen beantwortest: a) Welche beiden Körper wirken gegenseitig aufeinander? b) Welche Folgen hat ihre Wechselwirkung? c) Welche Art der Wechselwirkung findet statt (statisch oder dynamisch)? Nr. Wechselwirkung zwischen… Folgen der Wechselwirkung Art der Wechselwirkung 1. 2. 3. 4. Nachdem du die Tabelle ausgefüllt hast, besprich die Ergebnisse mit deinen Kollegen. Wir stellen fest, dass in der Natur nach jeder Wirkung eine Gegenwirkung erfolgt. Dann, wenn auch unser Körper in diese Wechselwirkung einbezogen wird, spüren wir die Gegenwirkung durch den zugefügten Schmerz (zum Beispiel, wenn wir den Fußball barfuß treffen). Man sagt, dass die Rollen der Wirkung und Gegenwirkung vertauscht werden können. Denke über jeden dargestellten Fall nach. Sprich mit deinen Kollegen über deine Schlussfolgerungen. KRAFT F.01 Projekt Tewise Wirkung und Gegenwirkung Mit Hilfe folgender Versuche kannst du verschiedene Vorgänge besser verstehen, welche als Ursache die Wechselwirkung der Körper haben. Was passiert z.B. wenn du einen Ballon aufbläst, wenn du einen Nagel einem Magneten näherst, oder wenn du einen Kamm an einem Stück Stoff reibst und in die Nähe einiger Papierstückchen bringst? Du wirst dir überlegen, welches die Wirkung und Gegenwirkung ist. Mehr noch, du musst bestimmen, ob in den gegebenen Fällen die Wirkung/Gegenwirkung die Änderung des Bewegungszustandes der Körper beeinflusst. VERSUCHE V1. Binde ein Plastikröhrchen an das Ende des Luftballons. Blase den Ballon auf und lass die Luft nicht heraus. Lass ihn plötzlich frei. Was geschieht? Warum? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …… V2. Tue ein paar Reißnägel in eine Plastikschachtel. Halte einen Magneten an die Schachtel. Bewege ihn entlang der Seitenflächen der Schachtel. Was bemerkst du? Erkläre. ………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………… V3. Reibe einen Plastikkamm an einem Stofftuch und halte ihn nahe an kleine Papierteilchen. Was bemerkst du? Versuche dies auch mit einem Kamm, den du nicht an einem Stofftuch reibst. Überprüfe, ob die Entfernung zwischen dem Kamm und den Papierteilchen eine Rolle spielt. Notiere deine Bemerkungen! …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… Wir bemerken, dass es notwendig ist, eine Abmachung zu treffen, nämlich welchen Körper wir meinen, welchen Körper wir studieren. So werden wir leichter bemerken, welches die Wirkung und welches die Gegenwirkung ist. Überlege, was geschieht, wenn du diese Körper untereinander vertauscht! Denke darüber nach, ob es zwischen Wirkung/Gegenwirkung und der Änderung des Bewegungszustandes eine Beziehung gibt. KRAFT F.02 Projekt Tewise Die Wechselwirkung kann die Bewegung der Körper ändern Normalerweise befinden sich die Körper im Ruhezustand oder führen eine geradlinige gleichmäßige Bewegung durch. Es ergibt sich die Frage, was mit einem Körper geschieht, auf den ein anderer Körper einwirkt. Denke über folgende Beispiele nach. Beantworte die Fragen, um die letzte Kolonne der Tabelle auszufüllen. 1. Ein Apfel löst sich von dem Ast. Gab es vor der Loslösung eine Wechselwirkung zwischen dem Apfel und dem Ast? Welche Wechselwirkung stoppt den Körper? 2. Ein Athlet bereitet sich vor, eine Kugel zu werfen. Beschreibe, was du beobachtest. Wie beeinflusst eine Verlängerung der Wurfentfernung die Wechselwirkung? 3. Ein Kind wünscht sich, die Geschwindigkeit seines Fahrrades zu vergrößern. Was könnte es tun ? Aber wenn es die Geschwindigkeit verringern wollte? 4. Ein Kind setzt die auf einem waagerechten Tisch liegende Metallkugel in Bewegung. In der Nähe befindet sich seitlich zur Bewegungslinie der Kugel ein Magnet. Wie beeinflusst der Magnet die Bahn der Kugel? 5. Ein Kind reibt einen Plastikkamm an einem Stoffstück. Dann nähert es den Kamm einem Wasserstrahl. Was beobachtest du? Wechselwirkung Was du beobachtest Der Bewegungs- Vor der Wechselwirkung Apfel-Erde Apfel In Bewegung Athlet-Kugel Kugel Im Ruhezustand Fahrrad-Fuß Fahrrad In Bewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit Fahrrad-Bremse Fahrrad In Bewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit Kugel-Magnet Kugel In geradliniger Bewegung Wasserstrahl-Kamm Wasserstrahl In geradliniger Bewegung zustand Nach der Wechselwirkung Der Bewegungszustand kann sich auf zwei Arten ändern: a) durch das Wachsen oder Fallen der Geschwindigkeit des Körpers b) wenn sich der Richtungssinn der Bewegung , also der Geschwindigkeit ändert. Gibt es eine Beziehung zwischen der Wechselwirkung und der Veränderung der Geschwindigkeit? KRAFT F.03 Projekt Tewise Die Kraft misst die Wechselwirkung zwischen den Körpern Die Wechselwirkung der Körper kann schwächer oder stärker sein. Um die Intensität einer Wechselwirkung zu messen, braucht man eine physikalische Größe. Diese ist die Kraft. Im Alltag wird sie als Wirkung unserer Muskeln auf verschiedene Körper definiert. Um folgende Aktivität durchzuführen benötigt man nicht nur vorheriges Wissen, sondern auch Vorstellungsvermögen. Lies die auf der linken Seite des Blattes beschriebenen Situationen. In die Rechtecke sollst du für die Kraft einen Pfeil zeichnen, Somit stellt der Pfeil die Kraft dar, die auf den Körper wirkt. Die Länge des Pfeiles hängt von der Stärke der Kraft ab. Die Richtung des Pfeiles entspricht der Richtung, in der die Kraft wirkt. Beispiel Ein Athlet wirft eine Kugel schief hinauf, ° von links nach rechts. Was stellt der Pfeil dar? Die Kraft , die von der Hand des Athleten ausgeübt wird. Was stellt der Pfeil dar ? …………………………….. 1. Eine Büroklammer aus Metall wird von dem Magnet angezogen. ..………………………………… Was stellt der Pfeil dar ? 2. Ein an einer Schraubenfeder hängender Apfel wird von der Erde angezogen. ………….…………………. .……..…………………….. 3. Der Mann in dem Boot verursacht die Bewegung des Bootes durch das Abstoßen mit dem Ruder vom Ufer. …………………………… ……………………………. Wer treibt das Boot an ? KRAFT F.04 Projekt Tewise Kann man die Kraft spüren? Die Kraft sieht man nicht. Wir können aber die Wirkung der Kraft sehen oder spüren. Um die Ausrichtung der Kraft zu bestimmen, reicht es aus, wenn man sich vorstellt, die Hand hin zu geben, wo die Wechselwirkung stattfindet und sich auszumalen, was man spüren würde. In folgendem Versuch analysieren wir die simultane Wirkung dreier Kräfte auf einen Metallring. Du brauchst: 2 Stifte, 2 elastische Ringe (Schlaufen aus elastischem Band), 3 Büroklammern, 1 Plastikbecher, Faden, Münzen, 1 Metallring (oder aus einem anderen Material), Klebeband. Arbeitsvorgang: Befestige die Bleistifte am Tischrand mit Klebeband, so dass sie parallel zueinander und zu den Tischkanten sind. Die Stifte sollen um 2-3 cm über den Rand herausragen und einen Abstand von ungefähr 15 cm haben. Binde an jeden Stift einen elastischen Ring an. Befestige am Metallring 3 Büroklammern. 2 halten den Ring an den elastischen Schlaufen fest, an der 3. Klammer wird ein Plastikbecher an einem Faden angehängt. Die Münzen werden der Reihe nach in den Becher gegeben. Was passiert mit den elastischen Ringen ? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Welche Kräfte wirken auf den Metallring? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Löse einen elastischen Ring von der Büroklammer. Beobachte, was passiert. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Ziehe mit der Hand an der freien Büroklammer, bis der Metallring wieder die Stellung einnimmt, in der er war, bevor der elastische Ring gelöst wurde. Was fühlst du? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Wie ist die Kraft ausgerichtet, mit der du eingreifst? Stelle diese Kraft mit einem Pfeil dar. Er wird Vektor genannt. ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ KRAFT F.05A Wiederhole dasselbe auch mit den anderen beiden Büroklammern. Zeichne die Kräfte, welche auf den Metallring einwirken. Stelle nur den Metallring und die drei Kräfte, die auf ihn einwirken, in einer einfachen Zeichnung dar. Welche Wirkung haben die drei Kräfte auf den Ring ? ____________________________________________ ____________________________________________ Kannst du den Wert der Kräfteresultierenden schätzen* ? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Unsere Sinne können die Kräfte wahrnehmen. Oft ist die Wirkung der Kräfte auf unseren Körper schmerzhaft, wie z.B. ein Hammerschlag auf den Finger. Deswegen ist es gut, uns manchmal nur vorzustellen, die Hand an eine Stelle zu geben, wo eine Wechselwirkung stattfindet. Sprich mit deinem Kollegen über mögliche Wechselwirkungen, die in deiner Nähe stattfinden könnten. Vergiss nicht, dass bei jeder Wechselwirkung zwei gleiche und entgegengesetzte Kräfte existieren. Welche von ihnen stellst du mit Hilfe eines Vektors dar? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________ ________________________ F.05B KRAFT Projekt Tewise Die Kraft – das Maß der Trägheit Um einen Nagel in eine Wand zu schlagen, müssen wir mit dem Hammer mehrere verschieden starke Schläge ausführen. Nach der Stärke der Wirkung, die sie verursachen, können die Wechselwirkungen schwächer oder stärker sein. Die physikalische Größe, welche die Wechselwirkung misst, heißt Kraft. Sie kann kleiner oder größer sein. Wie kann man die Kraft messen? Wie jede andere physikalische Größe. Du vergleichst sie mit einer anderen Größe, die du als Maßeinheit ausgewählt hast. Die Maßeinheit für die Kraft ist das Newton und wird mit N bezeichnet. Das Messinstrument für die Kraft ist das Dynamometer. Man kann sagen, dass 1 Newton ungefähr die Kraft darstellt, die nötig ist, um in der Handfläche einen 102 g (0,102 kg) schweren Körper zu halten. Betrachte ein Dynamometer und beschreibe es! 1) Feder 2) Stift 3) Haken 4) Skala 5) Zeignadel 5 1 2 4 3 Experiment: Verwende ein Dynamometer,um die Kräfte zu messen. Statische Wirkungen der Kraft: Wirkung Anhängen eines Apfels Anhängen eines Penalis Die Kraft (N) Die Masse (kg) Dynamische Wirkungen der Kraft: Wirkung Das gleichmäßige Ziehen eines Penalis auf einer waagerechten Fläche Die Kraft (N) Die Wirkung der Kraft hängt nicht nur von der Stärke ab, sondern auch davon, wie sie orientiert ist. Aus diesem Grunde wird sie durch einen Pfeil dargestellt. Stelle mit Pfeilen die Kräfte dar, die in den oben genannten Fällen vorkommen. KRAFT F.06 Projekt Tewise Die Kraft – eine orientierte physikalische Größe Die Wirkung der Kraft hängt nicht nur von ihrer Größe ab, sondern auch von ihrem Richtungssinn. Wenn du einen mit Wasser gefüllten Eimer hebst, stellst du die Kraft, mit der du auf den Eimer einwirkst, durch einem nach oben gerichteten Pfeil dar. Wenn du eine Schublade heraus ziehst, ist der Pfeil waagerecht zu dir gerichtet. Der Pfeil, mit dem die Kraft dargestellt wird, heißt Vektor. Also, ist die Kraft eine vektorielle Größe. Anschließend werden wir beobachten, was passiert, wenn auf einen Körper simultan zwei oder drei Kräfte einwirken. Du brauchst: ein Ding (ein Buch, ein Penali), zwei Büroklammern, zwei Dynamometer, Klebeband, einen Flip-chart-Bogen, einen Stift. 1. Experiment: Breite auf dem Tisch den Flip-chart-Bogen aus und klebe die Ränder fest. Befestige an zwei Ecken des Buches oder des Penalis mit Klebeband je eine Büroklammer. Hänge an jede Büroklammer ein Dynamometer an und ziehe konstant in Richtung Diagonale des Buches ( Penalis ). Bitte deinen Kollegen, mit dem Stift die Richtung, in der sich das Buch fortbewegt, zu aufzuzeichnen. Zeichne auch die Richtungen, in der sich die beiden Dynamometer vorwärtsbewegen. Was kannst du über die Richtungen sagen, in der die Kräfte wirken und über die Richtung, in der sich das Buch fortbewegt? Besprich die Ergebnisse mit deinem Kollegen. Zeichne dazu. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 2. Experiment: Löse eine Büroklammer frei und befestige sie auf derselben Diagonale wie die Erste, am entgegengesetzten Ende. Ziehe an beiden Dynamometern. Sorge darauf, dass sie sich auf derselben Diagonale des Buches befinden. Lies die Dynamometer ab. Was kannst du jetzt dazu sagen? In welchem Zustand befindet sich der Körper? Zeichne dazu. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ KRAFT F.07A Projekt Tewise Die Parallelogrammregel für die Konstruktion der Resultierenden zweier Kräfte * Man kann behaupten, dass jede Kraft unabhängig von der anderen auf das Buch einwirkt. Mit anderen Worten, wirkt jede Kraft auf das Buch. Dieses wird sich nach der Resultierenden der beiden Kräfte bewegen. Die Resultierende erhält man mit Hilfe der Paralellogrammregel. Die beiden Kräfte werden entlang der Diagonalen eingetragen, von einem gemeinsamen Punkt ausgehend (in diesem Fall im Schnittpunkt der Diagonalen). Die beiden Kräfte werden von zwei Seiten des Parallelogramms dargestellt, das wir so konstruiren, indem wir von der Spitze jeder Kraft eine Parallele zur anderen ziehen. Die Resultierende wird eine Kraft sein, die mit der Diagonale des Parallelogramms gleich ist und aus dem gemeinsamen l celor două Punkt (R = F1 + F2) ausgeht. Wenn die Richtungen der beiden Kräfte senkrecht aufeinander stehen, ( ∝=90o) ist der Wert von R von folgender Beziehung gegeben: R2= F12 + F22, also R= (F12 + F22)1/2. R Was kannst du über den Fall des zweiten Experiments sagen? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Welchen Wert hat die Resultierende ? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Welche Resultierende haben zwei gleiche Kräfte, die in derselben Richtung wirken, aber einen entgegengesetzten Richtungssinn haben? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ _______________________________ _______________________________ KRAFT F.07B Projekt Tewise Die dynamische Wirkung der Kräfte Unter der Einwirkung der Kräfte können die Körper ihre Geschwindigkeit ändern, sowohl die Größe, als auch die Richtung. Durch ein paar einfache Experimente werden wir beweisen, dass eine Papierfeder die Geschwindigkeit einer Kugel vergrößern oder verkleinern kann. In einem anderen Experiment zeigen wir, dass sich durch die Wechselwirkung einer Kugel mit einer Wand die Bewegungsrichtung der Kugel ändert. Experimente 1.E : Die Kraft verursacht die Änderung der Größe der Geschwindigkeit bei Körpern. Du brauchst: einen 2 cm breiten und 18 cm langen Kartonstreifen, 2 identische Lineale, eine Metall- oder Glaskugel mit einem Durchmeser von 2-3 cm. Stelle die Vorrichtung zusammen: - aus dem Kartonstreifen wird durch Falten in gleiche Teile eine Feder gebastelt, - die beiden Lineale werden auf einen horizontalen Tisch gelegt, so dass die gradierten Seiten eine Rinne bilden, auf der die Kugel sich bewegen wird. Arbeitsvorgang Lege die Kugel in die von den Linealen gebildete Rinne. Wenn sich die Kugel im Ruhezustand befindet und frei gelassen wird, darf sie sich nicht bewegen. An einem Ende der Rinne halten wir ein Ende des Dynamometers, am anderen Ende drücken wir auf die Kugel, so dass sich das Dynamometer zusammenzieht. Was passiert mit der Feder und mit der Kugel, wenn das System frei gelassen wird? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Was passiert mit der Kugel nach der Berührung mit der Feder? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Halte die Feder aus Karton an das Ende der Rinne. Lasse eine Kugel vom anderen Ende frei. Beobachte, was mit der Kugel geschieht, wenn sie mit der Kartonfeder in Berührung kommt. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Wie ist die Feder in dem Moment, wenn die Kugel für einen Augenblick stehen bleibt? Was geschieht mit der Geschwindigkeit der Kugel weiterhin? 2. E: Die Kraft verursacht die Änderung der Geschwindigkeitsrichtung der Körper. Du brauchst : einen 60-70 cm langen und 2 cm breiten Kartonstreifen, Klebeband, eine Kugel. KRAFT F.08A Stelle die Vorrichtung zusammen: Den Kartonstreifen klebt man mit 4-5 Klebestreifen an den Tisch an, so dass cca. ¾ eines Kreises gebildet werden. Eine Metallkugel mit einem Durchmesser von 2-3 cm wird im Inneren des Kreisbogens losgelassen. Beobachte die Bewegung der Kugel. Was kann man über die Geschwindigkeitsrichtung sagen, so lange sich die Kugel im Inneren des Kartonbogens bewegt? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Was passiert mit der Geschwindigkeitsrichtung der Kugel, nachdem sie aus dem Kreisbogen herauskommt? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Zwischen wem findet die Wechselwirkung im 1. Experiment statt ? __________________________________________________________________________ Zwischen wem findet die Wechselwirkung im 2. Experiment statt? ___________________________________________________________________________ Schlussfolgerungen: Die Wirkung der Kräfte, die sich auf die Bewegung der Körper beziehen, ist deren dynamische Wirkung. Die Kräfte können durch die Wirkung, die sie auf die Körper hervorrufen, hervorgehoben werden. _______________________________ _____________________________ KRAFT F.08B Projekt Tewise Die statische Wirkung der Kraft Unter der Wirkung der Kräfte verformen sich die Körper, obwohl die Verformungen manchmal nicht bemerkbar sind. Im folgenden Experiment wirst du beobachten, wie sich die Länge einer elastischen Schlaufe unter der Last einer Münze ändert. Experiment: Du brauchst: einen Stift, einen elastischen Ring, eine Büroklammer, einen Plastikbecher, 10 identische Münzen, ein Plastiklineal, Klebeband, Faden. Stelle die Vorrichtung aus der Abbildung zusammen: Befestige den Stift mit Klebeband am Tischrand. Hänge an den Stift den Plastikring. Mit Hilfe der Büroklammer und des Fadens wird der Plastikbecher an den unteren Teil des Ringes gehängt. Ein Ende der Büroklammer wird so gebogen, dass sie zur Zeigenadel wird. Befestige am Tischrand das Lineal mit Klebeband, so dass sich die Zeigenadel entlang der gradierten Seite des Lineals bewegen kann. Arbeitsvorgang: Die Stelle, wo sich die Nadel am Anfang befindet, wird mit (x 0) notiert. . Gib die Münzen der Reihe nach in den Becher. Notiere jedes Mal, wohin die Nadel zeigt. Bestimme, so genau wie möglich, das Gewicht der Münze. Ergänze folgende Tabelle: Anzahl Die Die Die Verlängerung der verformende Position des Ringes x-x0 (mm) Münzen der Kraft (N) Zeigenadel x(mm) • Stelle auf Millimeterpapier die Werte der verformenden Kraft für die verursachten Verlängerungen (x – x0) dar. • Zeige den Zusammenhang zwischen der verformenden Kraft und der Dehnung des elastischen Ringes in einer graphischen Darstellung. Achtung! Nicht verbinde die Punkte. Stelle graphisch mit Hilfe von Punkten dar. Welche ist die verformende Kraft aus dem heutigen Experiment? __________________________________________________________________________ Was für eine Form hat die graphische Darstellung? Wozu könnte sie dienen? Was für ein Instrument könnte die von dir gebastelte Vorrichtung darstellen und auf welche Wirkung stützt sie sich ? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ___ KRAFT F.09 Projekt Tewise Wir bauen ein Dynamometer Die Physik lehrt dich, unter anderem, abzumessen. Das Messen der physikalischen Größen geschieht mit Hilfe von Messgeräten. Mit dem Dynamometer messen wir die Kräfte. Wir werden versuchen, ein Dynamometer zu bauen. Du brauchst: einen durchsichtigen Kugelschreiber, dessen Mine leer ist, eine leere Kugelschreibermine, 3-4 Spannfedern von Kugelschreibern, die wir nicht mehr benützen, identische Münzen, Klebeband, eine Schere, Faden, eine Büroklammer. Arbeitsweise: In den leeren Kugelschreiber füllen wir 3-4 Kugelschreiberfedern, mit der weiteren Öffnung zur Spitze orientiert (umgekehrt als gewöhnlich). Mit der Schere vergrößert man die Öffnung des Kugelschreibers, so dass die Mine ungehindert hineingeschoben werden kann. Man schiebt die Mine anders rum durch die Öffnung in den Kugelschreiber. An das untere Ende der Mine, die aus dem Kugelschreiber heraus ragt, bindet man eine Büroklammer mit Hilfe eines Fadens an. Das Dynamometer ist fertig und wartet darauf, dass es gestimmt wird. Das geschieht durch den Vergleich mit einem funktionsfähigen Dynamometer oder indem man Dinge, deren Masse man kennt, anhängt, z.B die Münzen, die abgewogen werden. Die erhaltene Masse einer Münze (in kg) wird mit 9,8 multipliziert und wir erhalten das Gewicht der Münze (in N). Denke dir andere Möglichkeiten aus, um aus wieder verwertbaren Mitteln ein Dynamometer zu bauen. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Vergiss nicht, das Dynamometer muss geeicht werden ! KRAFT F.10 Projekt Tewise Die Papierbrücke Die Brücken–und Häuserbauer müssen die statischen Wirkungen der Kräfte in verschiedenen Situationen kennen. Wir schlagen dir ein Experiment vor, in welchem wir dir zeigen, dass ein bestimmter Körper verschiedenen maximalen Belastungen ausgesetzt werden kann, je nach der Form des Körpers. Experiment: Du brauchst: einen A4 Papierbogen, zwei dickere Bücher, ein Wasserglas. Arbeitsweise: Die beiden Bücher werden wie die Stützpfeiler einer Brücke auf den Tisch gelegt. Darüber legen wir das Blatt. Man kann beobachten, dass das Blatt unter dem eigenen Gewicht leicht gebogen ist. Falte dasselbe Blatt der Länge nach von 2 zu 2 cm. Lege das zur Harmonika gefaltene Blatt mit Den Enden über die beiden Bücher. Du stellst sicher fest, dass das Blatt sich nun nicht mehr biegt. Hat sich durch das Falten das Gewicht des Blattes verändert? ___________________________________________________________________________ Stelle auf die Papierbrücke einen durchsichtigen Wasserbecher. Schütte vorsichtig Wasser hinein, bis du bemerkst, dass das Blatt das Gewicht nicht mehr aushält. Tausche das Blatt gegen ein dickeres Blatt aus. Wir werden bemerken, dass die Brücke einer größeren Menge Wasser im Becher standhält. Benenne und zeichne die Kräfte, die im Falle der Brücke einwirken. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ Du kannst ein paar Lösungen studieren, die man bei Metallbrücken anwendet, oder bei Holzkonstruktionen, auf die sich Dächer stützen, oder Möbelstücke. Du wirst viele interessante Dinge erfahren. __________________________________________ KRAFT F.11 Projekt Tewise Die Reibungskraft-1 Die Körper sind miteinander in Berührung. Die Interaktionen zwischen ihnen sind Berührungsinteraktionen. Dann, wenn ein Körper auf einem anderen Körper gleitet, existiert eine Kraft, die dem Vorangleiten des Körpers Widerstand leistet. Sie wird Reibungskraft genannt. Es gibt auch Reibungskräfte, welche die Bewegung fördern, so wie die Reibungskraft zwischen der Schuhsohle und dem Boden. Wir konnten feststellen, dass wir dann, wenn die Reibungskraft klein ist, uns nicht fortbewegen können ( z. B. das Gehen auf Glatteis. Nun werden wir die Reibungskraft studieren, welche sich dem Stoßen und Ziehen eines Buches auf einem horizontalen Tisch widersetzt. Du brauchst: 2-3 Physikbücher, eine Plastikmappe, Faden, eine Büroklammer, einen Plastikbecher, Münzen. Arbeitsweise: Gib das Physikbuch in die Mappe und binde den Faden an. An das Fadenende befestigst du mit Hilfe der Büroklammer den Plastikbecher. Der Faden hängt über den Tischrand hinunter. In den hinunter hängenden Becher gib der Reihe nach die Münzen. Beobachte, wann sich das Buch am Tisch zu bewegen beginnt. Schreibe die Anzahl der Münzen auf. Wiederhole den Versuch, indem du zwei Bücher übereinander legst. Notiere die Anzahl der Münzen. Sprich mit deinem Kollegen über die Kräfte, die in diesem Versuch wirken. __________________________________________________________________________ Wer zieht das Buch ? Wer verhindert die Bewegung? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Stelle die Kräfte dar, die auf das Buch wirken. Stelle die Kräfte dar, die auf den Becher wirken. Man beobachtet, dass die Bewegung des Buches von der Reibung zwischen dem Faden und dem Tischrand verhindert wird. Wir sollen eine Rolle bauen! Wir sollen eine technische Lösung für die Verminderung der Reibungskraft finden. Die Lösung ist : der Faden wird über eine Rolle geleitet. Auch wir können eine Rolle anfertigen, wenn wir ein zylinderförmiges Rädchen mit einer Vertiefung in der Mitte nehmen, welches sich leicht um eine Achse dreht. Man könnte eine Plastikspritze nehmen. Der Zylinder ist voll. Durch die Mitte der Grundflächen steckt man eine im Feuer erhitzte Nadel. Achtung, die Nadel ist heiß! Benützt einen Handschuh! KRAFT F.12A Nachher wird die Nadel mit Wasser abgekühlt. Man beobachtet, dass das Rädchen sich leicht auf der Nadel dreht, die zur Achse der Rolle geworden ist. Die beiden Enden der Achse (der Nadel) werden mit Klebeband auf zwei parallelen Linealen am Tisch befestigt, mit einem Abstand von 2-3 cm eins vom anderen. Die Rolle schaltet die Reibung mit dem Faden fast gänzlich aus. Nun ist das Gewicht der Münzen praktisch gleich mit der Reibungskraft. Desgleichen ist das Gewicht des Buches gleich mit dem normalen Widerstand des Tisches. Wir wiederholen den Versuch mit zwei übereinander gelegten Büchern. Das Gewicht des Buches misst man mit dem Dynamometer. Ergänze die Tabellel: Anzahl der Bücher Anzahl der Münzen Der normale WiderstandRn (N) Die Reibungskraft Ff (N) Stelle graphisch die Abhängigkeit der Größe der Reibungskraft von dem normalen Widerstand dar. Rn(N) Welche Form hat die Darstellung? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Was kannst du über die Beziehung zwischen der Reibungskraft und dem normalen Widerstand sagen? ___________________________________________________________________ KRAFT F.12B Projekt Tewise Die Reibungskraft- 2 Die Reibung kann nützlich oder schädlich sein. Schreibe für jeden Fall je drei Beispiele auf. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Vergleiche deine Beispiele mit denen deines Kollegen. In den kommenden Versuchen werden wir Lösungen für die Verminderung der Reibung zwischen den Körpern studieren. 1. E.: Reibung beim Rollen statt Reibung beim Gleiten Du brauchst: einen Körper (z.B. ein Physikbuch), 5-6 zylinderförmige Stifte, eine Rolle, einen Plastikbecher, eine Büroklammer, Faden. Arbeitsweise: Der Faden geht über die Rolle und wird an einem Ende am Buch befestigt, am anderen Ende ist der Plastikbecher angebunden, in den Münzen gesteckt werden. Nun ziehen wir am Buch. Verwende so viele Münzen, bis sich das Buch zu bewegen beginnt. Der Versuch wird wiederholt, auf das Buch werden 5-6 Stifte gelegt. Die Bleistifte befinden sich senkrecht zu der Bewegungsrichtung in einer Entfernung von 2-3 cm einer vom anderen. Vergleiche die Anzahl der Münzen aus diesem Fall mit der vom vorigen Fall. Wenn das Gleiten durch das Rollen ersetzt wird, nimmt die Reibungskraft stark ab. 2 E. : Ein Luftpolster schaltet die Reibung beim Gleiten aus. Du brauchst: eine alte CD, einen Deckel, wie jener von einer Flasche mit Flüssigseife. Arbeitsweise: Man bläst einen Ballon auf und befestigt das Ballonende an dem Deckel. Unter der CD bildet sich ein Luftpolster, der die Reibung reduziert. Hausaufgabe: Zähle Vorrichtungen auf, welche die technischen Lösungen zur Reduzierung der Reibungskraft aus den obigen Versuchen anwenden. ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Sprich mit deinen Kollegen darüber. KRAFT F.13 Projek Tewise Das Gewicht und Newtons Apfel Man sagt, dass im Sommer des Jahres 1666, als Isaac Newton unter einem Apfelbaum ruhte, plötzlich ein Apfel auf dessen Kopf fiel. Dieser Vorfall machte ihn auf ein bis dahin ungeklärtes Phänomen aufmerksam, und zwar den Fall der Körper. Versuche: 1 E. : Löse auch du den Fall eines Körpers aus und beobachte ihn, aber … nimm keine zerbrechlichen Körper! Beobachte, was mit einem Körper passiert, der von einer gewissen Höhe frei gelassen wird. 1. Was kannst du über den Zustand der Bewegung der Körper sagen? ____________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 2. Wie heißt die physikalische Größe, welche als Folge die Änderung des Zustandes der Bewegung der Körper hat? _________________________________________________________________________ Newtons Erklärung: Die Körper fallen wegen ihres Gewichts. Das Gewicht eines Körpers ist die Kraft, mit der dieser von der Erde angezogen wird. 2 E. : Du brauchst: einige Körper, eine Waage, einen Ständer, ein Dynamometer. Arbeitsweise: Befestige das Dynamometer an dem Ständer und hänge die Körper der Reihe nach daran. Miss die Masse und das Gewicht. Berechne G/m und notiere die Ergebnisse in eine Tabelle. Der Körper Das Gewicht, G (N Die Masse, m (kg) G/m (N/kg) 1 2 3 1. Was kannst du über das Verhältnis zwischen Gewicht und Masse sagen? _____________________________________________________ _____________________________________________________ 2. Was kannst du über die Richtung des Gewichts sagen? _________________________________________________________________________ 3. Zeichne den Vektor für das Gewicht. 4. Was kannst du über das Verhältnis G/m in den analysierten Fällen sagen? _____________________________________________________________________________________ KRAFT F.14A Folglich wird Newtons Apfel (sowie jeder andere Körper) von der Erde mit einer gewissen Kraft angezogen. Diese Kraft heißt das Gewicht des Apfels. Das Verhältnis zwischen dem Gewicht eines Körpers und seiner Masse an einem bestimmten Ort auf der Erdoberfläche hat denselben Wert, ungefähr 9,8 N/kg. Hausaufgabe: 1. Wir wissen, dass die Kraft ein Mittel der Interaktion zwischen den Körpern ist. Im Falle von Newtons Apfel, welche sind die beiden Körper, die eine Gegenwirkung haben? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. Wir wissen, dass für jeden Körper folgende Gleichung stimmt (G/m) = Konst = 9,8 N/kg. Wie können wir das Gewicht eines Körpers berechnen, wenn wir dessen Masse kennen? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. Ein Körper, der auf einer ebenen Fläche liegt, drückt senkrecht auf diese, mit einer Kraft, die gleich mit seinem Gewicht ist. Von Seiten der Fläche gibt es eine Kraft, die mit der anderen gleich groß, aber entgegengesetzt ist. Sie wird normale Reaktion genannt, N. Ein Apfel ist auf einem Tisch. Stelle die Kräfte, die hier einwirken, graphisch dar. KRAFT F.14B DIE ENERGIE Was bedeutet die Energie für mich? Wer erzeugt die mechanische Arbeit? Das Berechnen der mechanischen Arbeit für verschiedene Kräfte Die mechanische Arbeit und die Energie Die Windturbine Die Wasserturbine Die Sonnenturbine Die Kartoffel als Batterie Die Energie einer brennenden Erdnuss Die kinetische Energie Die mechanische Arbeit verbraucht Energie Die Energiespeicherung Was bedeutet “Energie” für mich? E.01 E.02 E.03 E.04 E.05 E.06 E.07 E.08 E.09 E.10 E.11 E12 E.13 I.02 Kraft und Energie Projekt Tewise Was bedeutet Energie für mich? Das Wort Energie hast du sicherlich schon in deiner frühen Kindheit gehört. Wahrscheinlich hast auch du den Begriff Energie oft benützt. Erinnere dich, in welchem Zusammenhang du ihn gehört hast und versuche Energie zu definieren. Du benötigst: ein Blatt Papier, einen Kugelschreiber, einen Umschlag, eine Schere, Buntstifte, Zeitschriften. Arbeitsweise: Das ist eine selbstständige Arbeit ! 1) Schreibe auf ein Blatt Papier eine kurze Begebenheit auf, in der du das Wort Energie benützt. 2) Schneide aus Zeitschriften Bilder aus, die deiner Meinung nach eine Verbindung zur Energie haben. Du kannst auch selbst zeichnen. 3) Schreibe darunter einen Satz bezüglich des Begriffs Energie. 4) Beantworte die Frage: Was glaubst du, bedeutet Energie ? 5) Steck das Blatt in einen Umschlag und gib es deinem Lehrer. Der Lehrer soll das Geschriebene lesen. Im Laufe der Zeit wirst du verschiedene Aktivitäten durchführen, anhand derer du die Definition des Begriffs Energie finden wirst. E.01 DIE ENERGIE Projekt Tewise Wer erzeugt die mechanische Arbeit? Im täglichen Leben wird der Begriff Arbeit mit mehrfachem Sinn verwendet. Wir sagen über eine Person, die einen Wagen schiebt, dass sie arbeitet. Aber man behauptet auch über eine Person, die am Computer sitzt, dass sie arbeitet. In der Physik ist der Begriff Arbeit gut festgelegt. In den folgenden Aktivitäten werden wir zu verstehen versuchen, was mechanische Arbeit bedeutet. Du benötigst: 2 Lehrbücher, ein Dynamometer, Klebeband, 2 Büroklammern, 1 Lineal. Arbeitsweise: Man arbeitet in Gruppen aus 2-3 Schülern. Miss mit dem Dynamometer das Gewicht eines jeden Lehrbuches ab und notiere die Ergebnisse. Dann, wenn das Lehrbuch auf einer horizontalen Fläche liegt, drückt es mit einer Kraft auf diese Fläche, welche mit seinem Gewicht gleich ist. Glaubst du, dass das Buch eine Arbeit verrichtet? Schreibe deine Meinung auf. Sprich mit deinen Kollegen darüber. _____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Hebe mit einer konstanten Geschwindigkeit eines der Bücher bis zu einer Höhe, die du mit Hilfe eines vertikal gehaltenen Lineals abmisst. Du kannst das Buch an den Haken des Dynamometers anhängen und dann heben, ohne dass sich die Anzeigen des Dynamometers ändern. Wie groß ist die Kraft, mit der du das Buch gehoben hast? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Hat die Kraft, mit der du das Buch gehoben hast, eine mechanische Arbeit verrichtet? Aber das Gewicht? Welche Meinung hast du über die Art und Weise, wie du die mechanische Arbeit deiner Muskelkraft berechnen könntest? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Wiederhole das Experiment mit zwei Büchern. Du kannst es auf zwei Arten durchführen: indem du beide Bücher zugleich hebst, oder eins nach dem anderen. Schreibe die Kräfte auf, die nötig sind, um beide Bücher gleichzeitig zu heben oder einzeln, sowie die Strecken, die die Kräfte zurückgelegt haben. Was kannst du über die durchgeführte mechanische Arbeit in jedem Fall sagen? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ E.02 A Die ENERGIE Ergänze folgende Tabelle: Die Wirkung Die Kraft Ein Gewichteheber hebt eine Hantel vom Boden auf. Ein Gewichteheber stemmt eine Hantel über seinem Kopf. Ein Gewichteheber hebt eine Hantel vom Boden auf. Ein Gewichteheber stemmt eine Hantel über seinem Kopf. Ein Kind zieht auf einer ebenen Fläche einen Schlitten. Ein Kind zieht auf einer ebenen Fläche einen Schlitten. Ein Schlitten gleitet einen Berg hinunter. Die Muskelkraft des Gewichtehebers Die Muskelkraft des Gewichtehebers Ob eine mechanische Arbeit durchgeführt wird Das Gewicht der Hantel Das Gewicht der Hantel Die Muskelkraft des Körpers Das Gewicht des Schlittens Das Gewicht des Schlittens Wie beeinflusst die Wirkungsrichtung der Kraft die Größe der mechanischen Arbeit? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ __________ Diskutiere mit deinen Kollegen darüber! Schreibe die Schlussfolgerungen auf. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Man bemerkt, dass die von einer Kraft ausgeführte mechanische Arbeit von der Kraft, die die Bewegung verursacht, von der Weite des zurückgelegten Weges und von der Bewegungsrichtung der Kraft abhängt. E.02 B Die ENERGIE Projekt Tewise Das Berechnen der mechanischen Arbeit für verschiedene Kräfte Der Mensch hat im Laufe der Zeit viele Mechanismen erfunden, die zur Fortbewegung der Körper dienen. In einigen Fällen ist das mit Hilfe der Muskelkraft möglich, in anderen Fällen mit anderen Kräften. Zum Beispiel transportiert man die Baumstämme im Gebirge mit Hilfe von Seilschwebebahnen, wo das Gewicht der Körper eingesetzt wird. Das Gewicht erzeugt mechanische Arbeit. Im Bauwesen werden gewisse Rinnen gebaut, um die Materialien hinunter zu bringen. Diese mechanische Arbeit wird von der Schwerkraft ausgeführt. Der Mensch muss keine Mühe aufbringen Denkt in der Gruppe über diese Beispiele nach und findet andere Beispiele, in denen die mechanische Arbeit von dem Gewicht der Körper erzeugt wird. Wir nehmen uns vor, die mechanische Arbeit einer Kraft, welche auf einen Körper wirkt, anhand eines Versuchs zu berechnen. Du weißt, dass: Mechanische Arbeit = Kraft x zurückgelegte Entfernung der Kraft L=Fxd Der Wert der Kraft wird in Newton ausgedrückt (N) und die Entfernung in Metern (m). Man erhält die mechanische Arbeit der Kraft Nm. Ein Nm wird Joule genannt, das Symbol ist J, nach dem Namen von James Prescott Joule, ein Physiker aus dem 19. Jh. Versuch: Du brauchst: eine schiefe Ebene, eine Schachtel Büroklammern, ein Dynamometer, Klebeband. Arbeitsweise: Es werden Gruppen von 2-3 Schülern gebildet. Die Schachtel gerät auf der schiefen Ebene ins Gleiten. Regele den Winkel der Ebene so, dass der Körper mit einer konstanten Geschwindigkeit gleitet. Markiere auf der Ebene einen Punkt. Von dem Punkt beginnt die Schachtel bis zum Fuße der Ebene zu gleiten. Bestimme das Gewicht der Schachtel, die Höhe, von der sie gleitet und die zurückgelegte Entfernung. Wie viele Kräfte wirkten auf die Schachtel ein, in der Zeit, in der sie auf der schiefen Ebene hinunterglitt? Bestimme sie. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Welche von den Kräften verursacht die Bewegung? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ E.03A Die Energie Ergänze die Tabelle*) Kraft Wert der Kraft (N) Zurückgelegte Entfernung der Kraft (m) Mechanische Arbeit der Kraft (J) Die von den Kräften erzeugte mechanische Arbeit, die sich der Bewegung widersetzt, ist negativ. Ein solches Beispiel wurde schon erwähnt. Es handelt sich um die mechanische Arbeit der Reibungskraft. Berechne aus dem obigen Beispiel die vollständige mechanische Arbeit, welche auf die Schachtel wirkt. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Welchen Wert würde die mechanische Arbeit haben, wenn wir die Reibungskraft zwischen der Schachtel und der Ebene ausschalten könnten? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ E.03B Die Energie Projekt Tewise Die mechanische Arbeit und die Energie Wenn wir die uns umgebenden Körper näher anschauen, bemerken wir, dass viele Körper oder Teile von ihnen in Bewegung sind: die Vögel, die Äste der Bäume, die Luftmassen, die Boote am See, Menschen auf Fahrrädern, Windmühlenräder u.s.w. Die Bewegung der Körper findet als Folge der Wechselwirkungen zwischen den Körpern statt. In ihrer Bewegung erzeugen diese Körper mechanische Arbeit. Wir werden sehen, dass die Körper in einen gewissen Zustand gebracht werden müssen, um eine mechanische Arbeit zu erzeugen. Mit anderen Worten, wir werden sehen, unter welchen Bedingungen ein Körper mechanische Arbeit erzeugen kann. 1. Versuch: Du brauchst: ein Brett oder ein Stück dickeren Karton mit einer Länge von 25 cm und einer Breite von 20 cm, ein Gummiband 15 cm lang, Klammern oder Reißnägel, einen Stift. Arbeitsweise: Die Schüler arbeiten selbstständig. Spanne das Gummiband und befestige die Enden mit Klammern oder Reißnägeln an dem Brett. Lege den Bleistift mit dem stumpfen Ende auf die Mitte des Gummis, wie einen Pfeil. Klebe ihn fest. Notiere, was geschieht. ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ Spanne das Gummiband 4-5 cm weit. Neige das Brett dem Boden zu und lass den Bleistift frei. Sorge darauf, dass sich niemand in der Nähe befindet. Was bemerkst du nun? Was glaubst du, was geschah, als du den Gummi spanntest? Schreibe deine Meinungen in das Heft auf und besprich sie nachher mit deinen Kollegen. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 2. Versuch: Du brauchst: eine Spannfeder, welche ausgedehnt 5-7 cm misst, einen 20x20 cm großen Karton, eine Plastikkugel, eine Schraubenmutter oder einen Ring, mit dem Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Spannfeder, einen Korkenstopfen, einen 1520 cm langen Stahldraht, (z. B. eine alte Fahrradspeiche), Klebeband. Arbeitsweise: Stecke die Speiche in den Korken. Klebe den Korken mit Klebeband auf den Karton. Die Speiche soll nach oben gerichtet sein. Ziehe die Spannfeder über die Speiche. Jetzt hast du ein Abflugsystem für Körper. Ziehe die Schraube über die Speiche und drücke die Spannfeder zusammen. Zu einem gewissen Zeitpunkt lasse die Feder frei. Wiederhole den Versuch. Die Feder soll verschieden stark gespannt sein. E.04A Die Energie Gibt es eine Verbindung zwischen der Tatsache, wie stark die Feder gespannt ist und wie hoch die Schraube abfliegt? Denke über das Beobachtete nach. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Sprich mit deinem Kollegen über alle Teile, die am Versuch beteiligt sind: die Hand, welche die Spannfeder zusammendrückt, die Spannfeder, die Schraube. Notiere deine Bemerkungen. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ In beiden Versuchen erzeugt einer der Körper (die Hand) mechanische Arbeit in Bezug auf den anderen Körper, er lädt ihn mit mechanischer Energie (das Gummiband, die Spannfeder). Ein Körper gibt Energie ab, der andere Körper lädt sich mit Energie auf. Wenn sich die Feder entspannt, verliert sie Energie, aber sie erzeugt mechanische Arbeit in Bezug auf die Schraube und verleiht dieser eine gewisse Geschwindigkeit, mit der sie nach oben fliegt. Die von der Spannfeder angesammelte Energie heißt elastische potentielle Energie. Die Energie, welche die Schraube bekommt, heißt kinetische Energie. Die Energie, die die Schraube in egal welcher Höhe hat, heißt gravitationale potentielle Energie. E.04B Die Energie Projekt Tewise Die Windturbine Die Windmühlen wurden schon in ältesten Zeiten benützt. Holland ist für seine Windmühlen bekannt. Sie werden in jenen Gegenden gebaut, wo die Winde mit einer größeren Geschwindigkeit fast das ganze Jahr über wehen und wo es wenige fließende Gewässer gibt. Die Windmühlen wurden zum Mahlen des Getreides und bei anderen Aktivitäten benützt, wo die Kraft der Menschen und Tiere ersetzt wurde. Der Hauptteil einer Windmühle ist die Turbine. Du baust deine eigene Windturbine. Du brauchst: einen Bogen dickeres Papier, einen Stift, eine Stecknadel, Klebstoff, ein Lineal, eine Schere. Arbeitsweise: Es wird in Gruppen von je 2-3 Schülern gearbeitet. Zeichne auf das Blatt ein Quadrat mit der Seite von 10-12cm und schneide es aus. Zeichne die Diagonalen des Quadrats. Schneide entlang der Diagonalen ein, bis nur noch 0,5 cm Abstand vom Mittelpunkt bleiben. Es bilden sich vier Dreiecke. Falte eine der freien Ecken zum Mittelpunkt und klebe sie an. Drücke ein wenig darauf, damit sie besser anklebt. Wiederhole den Vorgang auch mit den anderen Ecken. Achte darauf, dass die Ecken im selben Richtungssinn gefalten werden. So, nun hast du deine Turbine. Steck die Nadel durch den Mittelpunkt, und dann durch den Gummi deines Bleistiftes, entlang der Achse. Wenn du darauf bläst, wird sich die Turbine drehen. Wer verursacht das Drehen der Turbine ? ______________________________________ ______________________________________ Wer enthält die Energie? ______________________________________ ______________________________________ Heute wird die Kraft des Windes zum Drehen von riesigen Turbinen eingesetzt. So wird elektrischer Strom erzeugt. Lies nach, wie diese Turbinen funktionieren. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Sprich mit deinen Kollegen darüber, wie die mechanische Energie des Windes in elektrische Energie umgewandelt wird. E.05 Die Energie Projekt Tewise Die Wasserturbine Die Kraft des Wassers wird seit den ältesten Zeiten benützt. Die Wasserturbinen werden durch fallendes Wasser angetrieben, somit wird die Kraft des Menschen oder der Tiere ersetzt. Die Wasserturbinen wurden am Lauf schneller fließender Gewässer eingesetzt. Durch ihr Drehen gerieten riesige Mühlsteine in Bewegung, welche das Getreide mahlten. Andere trieben große Sägen, Nähmaschinen oder Hämmer an. Du brauchst: einen Korkenstopfen, ein Messer, 4 dünne Blechstücke mit derselben Länge wie der Stopfen und einer Breite von cca 3 cm, eine Stricknadel, einen Ständer für die Turbine, fließendes Wasser (vom Wasserhahn, aus einer Plastikflasche…), eine Plastikschachtel (von Bonbons oder Papier). Arbeitsweise: Man bildet Zweiergruppen. Der Korkenstopfen wird entlang der Metallachse eingeschnitten, an 4 bis 6 Stellen in gleichen Abständen. In die Ritzen gibt man die Blechstücke. Stecke die Stricknadel durch die Mitte der Grundflächen. Aus der rechteckigen Plastikschachtel baust du einen Ständer, auf welchem sich die Achse der Turbine drehen kann. In der Mitte zweier entgegengesetzter Seitenflächen der Schachtel werden zwei Ritzen eingeschnitten, nicht sehr tief, wo sich die Achse befinden wird. Setze die Turbine auf den Ständer. Jetzt kann sie funktionieren. Wenn wir an einem Ende der Achse einen Mechanismus anbringen, wird dieser im Stande sein, mechanische Arbeit durchzuführen. Arbeitsaufgabe: Sprich mit deinem Kollegen darüber, wie du einen einfachen Mechanismus bauen kannst, welcher an die Turbine angebracht, verschiedene Körper in Bewegung bringen kann, also mechanische Arbeit durchführen kann. Wer verursacht das Drehen der Turbine? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Wer besitzt Energie ? ___________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Heute wird die Energie des Wassers zum Drehen riesiger Turbinen verwendet, um elektrischen Strom herzustellen. Interessiere dich, wie ein Wasserkraftwerk funktioniert. Sprich mit deinem Kollegen darüber, wie die Energie des Wassers heutzutage verwendet wird. Wie wandelt sich die mechanische Energie in elektrische Energie um? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ E.06 Die Energie Projekt Tewise Die Sonnenturbine Die Sonnenstrahlen rufen die Bewegung der Luftmassen an der Erdoberfläche hervor. Ohne die Sonne gäbe es keinen Wind. Die Menschen benützen aus den ältesten Zeiten die Energie des Windes (Windmühlen, Turbinen). Nun wirst du mit Hilfe einer Sonnenturbine entdecken, wie die Luft dank der Wärme der Sonne in Bewegung gerät. Du brauchst: einen geschwärzten Karton A3, Klebeband, eine Schere, dünnes Aluminiumblech (z.B. der Boden von einer leeren Getränkedose), eine Nähnadel, einen Trinkhalm. Arbeitsweise: Man arbeitet in Zweiergruppen. - Schneide aus dem Karton einen Kreis aus. Fertige daraus einen Kegel an. Schneide die Kegelspitze ab. Schneide aus der Grundfläche des Kegelstumpfes 3 rechteckige Fenster aus, durch welche die Luft dringen kann. - Die Turbine kannst du aus dünnem Aluminiumblech anfertigen. Schneide aus dem Blech einen Kreis aus, der einen Durchmesser von 3 cm hat. Finde den Mittelpunkt des Kreises und durchlöchere ihn mit einer Nadel. Teile den Kreis in 6 gleiche Teile. Schneide das Blech entlang der 6 Strahlen auf einer Länge von 1,2 cm. Biege die Teile um wie bei einem Propeller. - Klebe den Trinkhalm mit Klebestreifen an dem Kegelstumpf fest und stecke eine Nadel in das Ende, wo sich der Halm biegt. Nun steht der Propeller horizontal über der Öffnung des Kegelstumpfes. - Stelle die Turbine an einen sonnigen windlosen Ort. Was bemerkst du? ___________________________________________________ ___________________________________________________ Wie erklärst du dir das? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Die Sonnenstrahlen erwärmen die Luft aus dem Kartonturm. Die warme Luft steigt auf. So bildet sich eine Luftströmung, welche die Turbine in Bewegung setzt. Wir können behaupten, dass die Sonnenstrahlen Energie besitzen. Diese Energie wird auf die Luft übertragen, welche sich erwärmt. Die warme Luft bewegt sich. Die sich bewegende Luft besitzt mechanische Energie, weil sie die Turbine in Bewegung setzt. Die Energie ist wie ein Chamäleon ! Weshalb sagen wir das? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ E.07 Die Energie Projekt Tewise Die Kartoffel als Batterie Damit sich die Pflanzen entwickeln, brauchen sie Sonnenlicht. Die Pflanzen speichern die Sonnenenergie unter einer anderen Form. Folglich enthalten die Pflanzen Energie. Die Menschen verwenden die Früchte, das Gemüse, im allgemeinen die Pflanzen wegen ihrem Vitamingehalt, aber auch wegen der enthaltenen Energie. Du kannst nun einen Versuch durchführen, wobei du die Energie aus einer Kartoffel “entziehst.” Du brauchst : 2 Kartoffeln, 2 Stück Kupferblech, Elektroden (2 cm x 4 cm) , 2 Zinkblechtafeln ( 2 cm x 4 cm) , 3 Leiter ( aus dem Physiklabor), ein Messgerät für elektrische Größen ( Stromstärke und Spannung), ein LED, einen Motor ( U <2 V, I <2 mA ). Arbeitsweise: Man arbeitet in Gruppen zu je 4 – 5 Schülern. Stecke entlang der Längsachse 2 Elektroden in die Kartoffel : einen aus Kupfer und einen aus Zink, 2-3 cm Einer vom Anderen entfernt. Verbinde jeden Elektroden mit einem Leiter und mit dem Messgerät. Benütze eine Skala für Volt und eine für Milliampere. Notiere die erhaltenen Werte. Stecke mehrere Elektroden in die Kartoffel. Was bemerkst du? ____________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Vergrößere die Entfernung zwischen den Elektroden. Was bemerkst du ? Schreibe deine Beobachtungen in dein Heft auf. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Wiederhole den Versuch, indem du zwei Kartoffeln nimmst. Du brauchst 3 Leiter. Einen verbindest du mit dem Kupferelektroden aus einer Kartoffel, den Anderen mit dem Zinkelektroden aus der anderen Kartoffel. Von den beiden Kartoffeln gehen 2 Leiter zum Messgerät. Notiere die Daten . Wiederhole das Experiment. Was hast du beobachtet? Sprich darüber. Woher stammt der elektrische Strom (die elektrische Energie) ? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ E.08A Die Energie Du kannst den Versuch auch mit einer Zitrone wiederholen. Jetzt weißt du, dass in einer Kartoffel Energie ist. Diese Energie kann ein LED aufleuchten lassen. Kartoffeln mit 2 Elektroden funktionieren wie eine elektrische Batterie. Vorher behaupteten wir, dass die Energie ein Chamäleon sei und sich ständig verändere. Im Falle der Kartoffel – Batterie ist die Primärenergie die Sonnenenergie. Diese verwandelt sich in chemische Energie und dann in elektrische Energie. Zerbrich eine ausgediente Batterie. Beschreibe ihren Aufbau. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ E.08B Die Energie Projekt Tewise Die Energie einer brennenden Erdnuss Eine Erdnuss wird eine geraume Weile brennen und eine Menge Wärme und Licht abgeben – das Licht und die Wärme der Sonne, welche die Nuss gespeichert hat. In dem folgenden Versuch werdet ihr die beim Verbrennen befreite Energie berechnen. Du brauchst : rohe Erdnüsse, ein 20 ml fassendes Probierglas, einen Ständer für das Probierglas (wenn ihr keinen habt, könnt ihr einen improvisieren), eine große Büroklammer, ein 800 ml Glas, eine 10 ml gradierte Spritze, ein Lineal, eine Waage. Fertige einen Ständer für das Probierglas an: Schlage 2 Nägel ( 25 mm lang şi 2 mm im Durchmesser) in einen Holzstab, der 30 cm lang ist (siehe Foto). Befestige den Holzstab mit Klebeband an dem Glas. Stecke die Büroklammer an das Probierglas an und hänge es an den Nagel. Dabei entsteht ein Winkel nicht größer als 30 Grad. Der untere Teil soll in einem Abstand von 5 cm vom Mittelpunkt des Glases sein. Arbeitsweise: In der Gruppe sind 4-5 Schüler. 1. Bestimme die Masse einer ganzen Erdnuss. 2. Montiere das Probierglas auf den Ständer. Befestige es, wie oben beschrieben wurde. Das begünstigt die Abgabe der Wärme an das Wasser. 3. Biege die Hälfte einer Büroklammer auf. Befestige den gebogenen Teil mit Klebeband an dem Glasrand, Dort wird die Nuss festgemacht. Das freie Ende des Drahtes soll ungefähr 4 cm über dem Boden des Probierglases sein. 4. Füllt das Glas mit Wasser und spritze mit der Spritze 10 ml Wasser in das Probierglas. 5. Stecke vorsichtig die Nuss hinein. Sie soll 3 cm über dem Boden des Probierglases sein. 6. Der Lehrer zündet die Nuss an. Tu das nicht ohne deinen Lehrer! 7. Die Erdnuss brennt. Nachher wartest du, bis das Probierglas abkühlt. E.09A Die Energie 8. Miss das übrig gebliebene Wasser aus dem Probierglas ab und berechne die Masse des verdunsteten Wassers. 9. Schreibe deine Bemerkungen auf: ____________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ E.09B Die Energie Was passiert? ** Der Verbrennungsprozess der Erdnuss verwandelt die gespeicherte Energie in Lichtenergie und Wärme. Wenn du eine Erdnuss isst, verwandelt dein Körper die gespeicherte Energie in die für deinen Körper notwendige Energie. Die brennende Nuss erhöht die Temperatur des Wassers von der Zimmertemperatur auf den Siedepunkt (1000 C), ein Teil des Wassers verwandelt sich in Wasserdampf. Die für die Änderung der Temperatur des Wassers nötige Energie (als Wärme) ist 1 Kalorie für jeden Grad Celsius, um den die Temperatur für 1 g Wasser steigt. Um den Siedepunkt zu erreichen, sind 540 Kalorien für 1 g Wasser nötig. Berechnet, wie viele Kalorien von der brennenden Nuss an das Wasser abgegeben wurden. Notiere das Ergebnis: ………………. Dem Physiker James Prescott Joule gelang es im 19. Jh. die mechanische Arbeit, die einer Kalorie entspricht, zu messen: 4,2 J. Berechnet in J die Energiemenge, die das Wasser von der brennenden Nuss erhalten hat. Schreibe das Ergebnis auf: …………………………… Weiter! Wir gehen von der Masse der Erdnuss aus, die verbrannt wurde. Berechnet in J die Menge an Energie, die frei wird, wenn 100 g Erdnüsse verbrannt werden. Vergleicht das erhaltene Ergebnis mit dem, welches auf der Packung eingetragen ist. Gibt es einen Unterschied ? Weshalb? Die durch das Verbrennen der Erdnuss frei gewordene Energie wird von dem Wasser aus dem Probierglas aufgenommen. Stimmt das? Schreibt eure Meinungen auf : ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Berechnet (in Prozenten) die Wirksamkeit der Energieübertragung von der Nuss auf das Wasser aus dem Probierglas: ___________________________________________________________________________ Die Physiker und Forscher aus dem Nahrungsmittelbereich benützen ein Gerät, welches als Kalorienbombe bekannt ist. Es misst die in den Lebensmitteln enthaltene Energie, indem die ganze Energie durch Verbrennen des Lebensmittels aufgefangen wird. Das Lebensmittel wird entwässert, gemahlen und als feines Pulver in einen Behälter gegeben, welcher in ein Wasserbad getaucht wird. Der Behälter wird mit purem Sauerstoff unter Druck gefüllt und das Lebensmittel angezündet. Die erhaltene Energie wird schnell als Explosion frei. Das Ansteigen der Wassertemperatur und der Temperatur der anderen Teile des Gerätes zeigt die Energiemenge, die im Lebensmittel enthalten ist. Die mit der Kalorienbombe durchgeführten Versuche ergaben eine Energiemenge von 26kJ für jedes Gramm verbrannte Erdnuss. Diese Menge ist die Gleiche mit der Energiemenge, die von einem Gramm Brennstoff frei gegeben wird. E.09C Die Energie Projekt Tewise Die kinetische Energie(1) Die Körper in Bewegung stoßen an andere Köper an. Sie erzeugen mechanische Arbeit, indem sie stehen bleiben. Dank ihrer Bewegung besitzen sie eine Form von Energie: die kinetische Energie. In den folgenden Versuchen werdet ihr lernen, die kinetische Energie eines in Bewegung befindlichen Körpers zu berechnen. Damit ein Auto stehen bleibt, bremst es, dann legt das Auto noch eine gewisse Strecke zurück, bevor es stehen bleibt – dieser ist der Bremsweg. Für die Tabelle wurden die Bremswege für gewisse Geschwindigkeiten aus dem britischen Fahrgesetz entnommen. “mph” bedeutet “Meilen pro Stunde” (1 mph = 1,61 km/h) und “ft” heißt “feet (Fuß)” (1 ft = 0,305 m). Findet die richtigen Antworten: 1. Die Ausgangsgeschwindigkeit verdoppelt sich von 20 mph auf 40 mph. Wie viele Male vergrößert sich der Bremsweg? ______________ Ausgangsgeschwindigkeit (mph) 20 30 40 50 60 70 Der Bremsweg (ft) 6 14 24 38 54 74 2. Wenn sich die Ausgangsgeschwindigkeit von 20 mph auf 60 mph verdreifacht, wie viele Male vergrößert sich der Bremsweg? _____________ 3. Gibt es zwischen der Ausgangsgeschwindigkeit und dem Bremsweg eine Beziehung? Schreibe sie auf: _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 4. Vergleiche mit den Daten aus der Tabelle: Wenn die Ausgangsgeschwindigkeit v ist, dann ist der Bremsweg proportional mit v2. Eure Schlussfolgerung:______________________ _______________________________________________________________________ 5. Verwandelt die Daten für das Bremsen in Grundmaßeinheiten (m/s für die Geschwindigkeit und m für den Bremsweg). Ergänzt die Tabelle mit den erhaltenen Daten. Ausgangsgeschwindigkeit (m/s) Bremsweg (m) Bremszeit (s) 6. Ergänzt die Kolonne mit der Bremszeit, vorausgesetzt, dass die Geschwindigkeit während der Bremszeit mit derselben Rate fällt. Mit welcher Rate wird die Geschwindigkeit fallen? _______________________ E.10A Die Energie Die kinetische Energie(2) Was passiert? Wenn man bremst, wirkt die Reibungskraft schrittweise auf das Auto, die Geschwindigkeit wird vermindert. Die kinetische Energie des Autos verwandelt sich in Wärme. Die mechanische Arbeit, die von der Reibungskraft erzeugt wird, dann wenn sie auf das Auto wirkt, misst die von dem Auto verlorene kinetische Energie. Wenn das Auto steht, ist die kinetische Energie schon ganz in Wärme umgewandelt. Die anfängliche kinetische Energie ist die auf dem Bremsweg verrichtete mechanische Arbeit: Die anfängliche kinetische Energie Die von der Reibungskraft auf dem Bremsweg verrichtete mechanische Arbeit = Die mechanische Arbeit ist proportional dem Bremsweg, so dass sie auch dem Quadrat der Ausgangsgeschwindigkeit proportional ist. Das heißt: Die kinetische Energie eines in Bewegung befindlichen Körpers mit einer Geschwindigkeit v ist proportional v2. Wenn zwei identische Autos mit derselben Ausgangsgeschwindigkeit und demselben Bremsweg stehen bleiben, sind die Reibungskräfte, die auf jedes Auto wirken, gleich groß. Das heißt: Die kinetische Energie eines Körpers mit der Masse m ist proportional mit der eigenen Masse m. Schlussfolgerung: Die kinetische Energie eines Körpers mit der Masse m und der Geschwindigkeit v ist proportional mit mv2. Wenn du den Bremsweg berechnest, nimmst du die mittlere Geschwindigkeit mal die Bremszeit. Vorausgesetzt, dass die Geschwindigkeit mit derselben Rate während der Bremszeit fällt und die Ausgangsgeschwindigkeit v ist, dann ist die mittlere Geschwindigkeit 1 1 v . Deshalb ist der Faktor der Proportionalität . 2 2 Zusammenfassend kann man behaupten, dass: die kinetische Energie eines Körpers mit der Masse m und der Gechwindigkeit v gleich 1 mv 2 ist. 2 Beantworte folgende Fragen: 1. Wie groß ist die kinetische Energie eines Autos, welches mit einer Masse von 800 kg und einer Geschwindigkeit von 50 km/h fährt Schreibe den Rechenvorgang auf: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 2. Wenn dasselbe Auto mit 100 km/h fährt, wie groß ist dann seine kinetische Energie? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ E.10B Die Energie Projet Tewise Die mechanische Arbeit verbraucht Energie Wenn man das tägliche Programm eines Menschen näher betrachtet, kommt man zu der Schlussfolgerung, dass der Mensch mit einer Maschine verglichen werden kann. Stellst du dir jemals die Fragen: « Weshalb wirst du müde? » oder « Weshalb legst du dich schlafen? » oder «Weshalb isst du? » In der folgenden Aktivität werden wir den Energiegehalt einiger Lebensmittel näher untersuchen und was für Energie der Mensch bei verschiedenen Aktivitäten verbraucht. Du brauchst : Zeitungen, Zeitschriften über die Ernährung, Internet, Physikbücher, Verpackungen von Lebensmitteln, Flipchart - Bögen, Klebeband, Marker, Schere. Arbeitsweise: Man bildet Gruppen zu 4-5 Schülern. 1. Schneidet den Teil von den Verpackungen aus, auf dem der Energiewert des Lebensmittels angegeben ist. 2. Klebt die Teile auf einen Flipchart – Bogen und schreibt daneben den Energiewert /100 g. 3. Sucht in Physikbüchern nach und ergänzt die folgende Tabelle: Aktivität Zu Fuß gehen ( 5 km/ h) Rad fahren (20 Km/h) u.s.w. Energieverbrauch Mensch/ Minute 5 KJ 25 KJ 4. Vergleicht die Energie, die wir aus verschiedenen Lebensmitteln speichern, mit der bei verschiedenen Aktivitäten verbrauchten Energie. 5. Stellt die Schlussfolgerungen den Kollegen vor. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Du musst wissen, dass man für den menschlichen Organismus den Energieverbrauch berechnen kann. Ein Teil der Energie, die von den zu sich genommenen Lebensmitteln stammt, wird für das Essen und die Verdauung verbraucht. Ein anderer Teil dient der Erhaltung einer konstanten Körpertemperatur, ein anderer Teil der Muskeltätigkeit. E.11 Die Energie Projekt Tewise Die Energiespeicherung Die täglichen Aktivitäten eines Menschen hängen von seiner Energie ab. Wenn er geht, einen Wagen oder eine Schubkarre schiebt, wenn er lernt oder ein Buch schreibt, wird Energie verbraucht. Es stimmt, dass der Mensch viele Maschinen und Apparate gebaut hat, welche die Arbeit erleichtern. Alle diese Hilfsmittel verbrauchen Energie. Du wirst erforschen, wo und unter welcher Form die Energie in der Natur gespeichert wird. Anschließend wirst du dasselbe auch in der Technik erforschen. Du brauchst: alte Zeitungen und Zeitschriften, einen Flipchart - Bogen, Marker, Klebstoff, Schere. Arbeitsweise: es werden Gruppen mit 4-5 Schülern gebildet. 1. Jedes Gruppenmitglied fertigt eine Liste mit den Energiequellen aus der Natur an, dann noch eine Liste mit den Speicherungsmöglichkeiten der vom Menschen erfundenen Energie (aus der Technik). 2. Besprecht die Listen und fertigt eine Liste für die Gruppe an. 3. Schneidet aus Zeitungen und Zeitschriften die für eure Listen passenden Bilder aus. 4. Klebt sie auf den Flipchart – Bogen und schreibt darunter, was jedes Bild darstellt. Führt ein Gespräch zum Therma: Welche Energieformen können gespeichert werden? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ E.12 Die Energie Projekt Tewise Was bedeutet Energie für mich? Den Begriff Energie verwenden wir täglich, schon bevor man ihn in der Physik lernt. Oft lesen wir ihn auch in Zeitschriften oder Zeitungen. Du sollst nun mit deinen Kollegen versuchen, den tieferen Sinn des Wortes Energie zu erfassen. Arbeitsweise : Die Klasse wird in Gruppen zu 5-6 Schülern eingeteilt. Jede Gruppe sitzt an einem anderen Tisch. Du brauchst: A4 Blätter, Kugelschreiber, Marker, einen Flipchart – Bogen. Arbeitsaufgaben: 1. Jeder Schüler schreibt wenigstens einen Satz auf den Bogen, in dem das Wort Energie vorkommt. 2. Die Sätze werden vorgelesen und besprochen. 3.Die Gruppe sucht für jeden Fall die Antwort auf die Frage „Was ist Energie?” 4. Die Ergebnisse werden auf den Flipchart – Bogen notiert: Die Sätze Was ist Energie ? 1. 2. … 5. Je ein Schüler aus jeder Gruppe stellt die Ergebnisse der ganzen Klasse vor. 6. Stellt alle Flipchart – Blätter an einer Wand in der Klasse aus. 7. Die Schüler gehen an den Bögen vorbei und analysieren die notierten Sätze. 8. Jeder Schüler markiert eine einzige Definition auf einem Bogen, wo er nicht mitgearbeitet hat. 9. Eine Gruppe, aus zwei Schülern bestehend, wählt drei Definitionen aus, welche von den meisten Schülern markiert wurden. E.13 Die Energie
