Kräfte und ihre Wirkungen
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55 01239 Didaktische FWU-DVD | Kräfte und ihre Wirkungen Zur Bedienung Die didaktische DVD startet automatisch. Der Vorspann kann mit der Enter- oder der Skip-Taste der Fernbedienung oder durch einen Mausklick am PC übersprungen werden. Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung können Sie die Menüpunkte (z. B. Film, Filmsequenz, Grafik etc.) ansteuern und mit Enter starten. Auch die Buttons am unteren Bildschirmrand steuern Sie mit den Pfeiltasten an und rufen diese mit Enter auf: • Der Button „Hauptmenü“ führt zurück zum Hauptmenü. • Der Button „zurück“ führt zum jeweils übergeordneten Menü. • Die meisten Bildschirmtafeln bieten den Button „Info ein“ bzw. „Info aus“, über den Sie Zusatzinformationen ein-/ausblenden können. • Stehen innerhalb eines Menüpunktes mehrere Bilder oder Grafiken zur Verfügung, können Sie mit den Buttons „>“ und „<“ zwischen diesen Bildern oder Grafiken vor- und zurückblättern. Aus dem laufenden Film oder einer laufenden Filmsequenz gelangen Sie mit der Taste Menu oder Title der Fernbedienung wieder in das Ausgangsmenü zurück. 2 Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler können • wissen, was man in der Physik unter „Kraft“ versteht. • erkennen, dass sich Bewegungsänderungen und Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen lassen. • können die „Kraft“ als vektorielle Größe beschreiben. • kennen das Hookesche Gesetz. • können die Beziehung zwischen Masse und Gewichtskraft angeben. • erkennen den Zusammenhang von Kraft, Masse und Beschleunigung. • kennen den Unterschied zwischen Kräftepaaren bei der Wechselwirkung zwischen zwei Körpern und Kräftepaaren beim Kräftegleichgewicht an einem Körper. • bestimmen eine aus mehreren Einzelkräften zusammengesetzte Gesamtkraft. • können den Trägheitssatz Newtons erläutern. • differenzieren Reibungskräfte und können die wirkenden Kräfte berechnen. Zum Inhalt Hauptmenü „Kräfte und ihre Wirkungen“ Im Hauptmenü können Sie den Unterrichtsfilm „Kräfte und ihre Wirkungen“ direkt starten. Der Menüpunkt „Kräfte und ihre Wirkungen – Sequenzen“ führt zu einem Untermenü, in dem Sie die einzelnen Kapitel des Hauptfilms separat aufrufen können. Der Menüpunkt „Kräfte wirken überall“ führt zu einem weiteren Untermenü mit Bildern und Grafiken. „Kräfte und ihre Wirkungen“ Film 33 min Der Begriff „Kraft“ wird in den unterschiedlichsten Zusammenhängen verwendet. In der Physik bedeutet Kraft, dass ein Körper auf einen anderen wirkt. Wie aber wirkt physikalische Kraft und wo finden wir ihren Einfluss im täglichen Leben? Der Film vermittelt das Wirken von Kräften mit unterhaltsamen und anschaulichen Beispielen. Dabei wird auf die Darstellung und Messung von Kräften, sowie auf mit Kraft verbundene Phänomene wie die Schwerelosigkeit, 3 Reibung und Trägheit eingegangen. Newtons Erkenntnisse zur Mechanik erlangen somit eine Relevanz für jede Schülerin und jeden Schüler. Menü „Kräfte und ihre Wirkungen“ Sequenzen Was man unter Kraft versteht (Filmsequenz 2:00 min) Der Begriff Kraft begegnet uns im Alltag in den unterschiedlichsten Zusammenhängen. In der Physik spricht man dann von Kraft, wenn ein Körper auf einen anderen einwirkt. Diese Kraft kann man nicht sehen, aber der Film veranschaulicht was die Kraft bewirkt. Arten von Kräften (Filmsequenz 1:20 min) Die Anziehungskraft von Körpern wird nur bei sehr massereichen Körpern, etwa der Erde wahrnehmbar. Die Erde zieht jeden Körper an. Es wirkt die Massenanziehungskraft oder Gravitation. Weitere in der Sequenz vorgestellte Kräfte sind die Gewichtskraft, die Reibungskraft sowie die magnetische, mechanische und elektrische Kraft. Wirkungen von Kräften auf Körper (Filmsequenz 5:20 min) Körper stehen immer dann unter dem 4 Einfluss einer Kraft, wenn sich ihr Bewegungszustand verändert. Die Kraft als Größe wird in Newtons Grundgleichung der Mechanik definiert. Das Wirken von Kräften zeigt sich außerdem in der Verformung von Körpern. Diese können sowohl elastisch als auch plastisch sein. Messen und Darstellen von Kräften (Filmsequenz 5:50 min) Kräfte werden in der physikalischen Einheit Newton angegeben. Ein Newton ist die Kraft, die benötigt wird, um einen ruhenden Körper der Masse 1 kg innerhalb von einer Sekunde gleichförmig auf die Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde zu beschleunigen. Gemessen werden Newton mit Hilfe einer Spiralfeder in Form des Federkraftmessers. Die elastische Dehnung einer Spiralfeder wird mit dem Hookeschen Gesetz beschrieben. Die Gewichtskraft von Körpern (Filmsequenz 3:10 min) Die Gravitations- oder Gewichtskraft ist die Kraft, mit der alle Körper von der Erde angezogen werden. Diese Erdanziehungskraft sorgt auch dafür, dass der Mond immerzu in einer Kreisbahn um die Erde fliegt, ohne die Bahn zu verlassen. Gleichzeitig übt der Mond eine Anziehungskraft auf die Erde aus. Deutlich wird diese in Ebbe und Flut. Auch alle anderen Körper ziehen sich an. Dabei ist ihre Masse allerdings oft zu gering um eine Anziehungskraft spüren zu können. Die Gewichtskraft stellt eine ortsabhängige, die Masse eine ortsunabhängige Größe dar. Die Schwerelosigkeit (Filmsequenz 1:50 min) Diese Filmsequenz macht am Beispiel der Fahrt im Aufzug und dem Flug durch ein Luftloch das Prinzip der Schwerelosigkeit deutlich. Bei diesen Ereignissen ist die Schwerkraft, trotz permanenter Präsenz auf der Erde, nur eingeschränkt spürbar. Im All ist man schließlich komplett schwerelos. Das Wechselwirkungsprinzip (Filmsequenz 2:20 min) Newtons Wechselwirkungsprinzip besagt, dass eine Kraft nie alleine auftritt. Sie hat immer eine Gegenkraft die an einem anderen Körper in entgegen gesetzter Richtung angreift. Die Unterschiede zwischen Wechselwirkungsprinzip und Kräftegleichgewicht werden herausgearbeitet. Zusammensetzung von Kräften (Filmsequenz 3:10 min) Was passiert, wenn mehrere Kräfte an einem Körper wirken? Wirken zwei Kräfte in die gleiche Richtung auf einen Körper, so können die beiden Kräfte addiert werden. Die Beträge der Kräfte subtrahieren sich, wenn die beiden Kräfte in entgegen gesetzte Richtungen wirken. 5 Ein Kräftegleichgewicht stellt sich ein, wenn zwei auf einen Körper wirkende, entgegengesetzte Kräfte gleich groß sind. Trägheitssatz (Filmsequenz 1:30 min) Masse ist träge. Dies wird in dieser Sequenz anschaulich demonstriert. Der Trägheitssatz besagt, dass jeder Körper in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung verharrt, wenn er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, diesen Zustand zu ändern. Reibung (Filmsequenz 3:50 min) Alle Bewegungen auf der Erde werden durch die Reibung gehemmt. Sie stellt eine Kraft dar, die gegen die Bewegungsrichtung wirkt. Die Reibung ist dabei nicht nur Hemmnis, sondern auch notwenige Kraft um sich fortbewegen zu können. Es muss zwischen der Haft-, 6 Gleit- und Rollreibung differenziert werden. Ausgedrückt wird Reibung durch die Reibungszahl µ. Menü „Kräfte wirken überall!“ Bilder / Grafiken Was Kräfte bewirken (Bild) Über „Info ein“ erfährt man, wie Kräfte auf Körper wirken: sie können sowohl eine Geschwindigkeits- als auch eine Bewegungsrichtungsänderung bewirken sowie auch eine elastische und plastische Verformung. Ohne Wechselwirkung keine Fortbewegung (4 Bilder) Diese Bilderserie zeigt verschiedene Fortbewegungsarten. In jedem Bild gibt es jeweils Angriffspunkte für Kraft und Gegenkraft. Über „Info ein“ werden die entsprechenden Kraft- und Gegenkraftpfeile eingeblendet. Masse und Gewicht (Grafik) Die Masse eines Körpers bleibt stets gleich, während die Gewichtskraft eines Körpers ortsabhängig ist. Diese Kraft (mit „Info ein“) zeigt, wie sich Masse und Gewichtskraft am Äquator und an den Polen der Erde sowie auf dem Mond verhalten. Wurfparabel (4 Bilder) Während eines Wurfes wirken unterschiedliche Kräfte auf den geworfenen Körper. Diese Bilderreihe zeigt unterschiedliche Wurfstadien. Über „Info ein“ erfährt man mehr über die wirkenden Kräfte. Addition von Kräften (4 Grafiken) In vier Grafiken wird veranschaulicht, wie mehrere Kräfte auf einen Körper wirken. Neben Addition und Subtraktion von Kräften wird auch das Kräfteparallelogramm behandelt. 7 Verwendung im Unterricht Das Thema „Kräfte und ihre Wirkungen“ ist in den Lehrplänen aller Schulformen vor allem für die Klassenstufen 7/8 vorgesehen. In der 9./10. Klasse werden in einigen Bundesländern die Zusammenhänge von Kraft, Masse und Beschleunigung behandelt. In der Sekundarstufe II ist die Mechanik Newtons mit den verschiedene Axiomen Bestandteil vieler Lehrpläne. Die KMK-Bildungsstandards für das Fach Physik weisen die Thematik im Rahmen der Basiskonzepte „Wechselwirkung“ (Kraftwirkungen, Trägheitsgesetz, Wechselwirkungsgesetz) und „System“ (Kräftegleichgewicht) aus. Die wichtigsten Schülervorstellungen in der Mechanik hängen mit dem Begriff „Kraft“ zusammen. Die didaktische DVD erklärt die physikalische Kraft mit Hilfe einer Vielzahl von anschaulichen Beispielen und verdeutlicht die Relevanz der Physik im Alltag. Die didaktische DVD behandelt folgende Themenschwerpunkte: • Arten von Kräften • Wirkung von Kräften auf Körper • Messung und Darstellung von Kräften • Gewichtskraft von Körpern • Schwerelosigkeit • Wechselwirkungsprinzip 8 • Zusammensetzung von Kräften • Trägheitssatz • Reibung Die Vielzahl der Medien (Film, Sequenzen, Bilder, Grafiken) kann in verschiedenen Unterrichtseinheiten eingesetzt werden. Es ist hilfreich, sich zunächst die Programmstruktur zur Hand zu nehmen, die einen guten Überblick über die auf der DVD vorhandenen Medien gibt. Methodische Hinweise Im ROM-Teil der DVD stehen die Arbeitsblätter und die Filmkommentare als Word-Dokumente zur Verfügung. Sie können bei Bedarf individuell an die jeweilige Unterrichtssituation angepasst werden. • Die PDF-Dateien können ausgedruckt werden. • Die PDF-Dateien zum Ausfüllen können direkt am Computer abgespeichert und ausgedruckt werden. • Die Word-Dateien (im Ordner „Arbeitsmaterial/Word_Dateien“) können individuell bearbeitet werden. Das Materialangebot des ROM-Teils eröffnet Chancen für einen stärker schülerzentrierten, kreativen und ergebnisorientierten Unterricht. Arbeitsmaterial Im ROM-Teil der DVD stehen Ihnen Hinweise zur Verwendung im Unterricht sowie Arbeitsblätter (mit Lösungen), eine Interaktion und ergänzende Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Um die Arbeitsmaterialien zu sichten und auszudrucken, legen Sie die DVD in das DVDLaufwerk Ihres Computers ein und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner „Arbeitsmaterial“. Die Datei „Inhaltsverzeichnis“ öffnet die Startseite. Über diese können Sie bequem alle Arbeitsmaterialien aufrufen (PDF-Dokumente). Am unteren Rand der aufgerufenen Seiten finden Sie Buttons („Inhaltsverzeichnis“, „Startseite“), die Ihnen das Navigieren erleichtern. Diese erscheinen nicht im Ausdruck. Um die PDF-Dateien lesen zu können, benötigen Sie den Adobe Reader (im Ordner „Adobe“). Ordner Materialien Verwendung im Unterricht Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht Arbeitsblätter 7 Arbeitsblätter (z. T. mit Lösungen, z. T. als PDFs zum Ausfüllen) • Der Kraftbegriff • Kräftegleichgewicht • Das Wechselwirkungsprinzip • Die Gewichtskraft • Die Schwerelosigkeit • Kreuzworträtsel • Schülerversuch zum Hookeschen Gesetz Interaktion • Gleichgewicht dreier Kräfte Grafiken • • • • • Filmkommentar Filmkommentar als PDF- und Word-Dokument Begleitheft ausführliches Begleitheft zur DVD Programmstruktur Übersicht über den Aufbau der DVD Weitere Medien Informationen über ergänzende FWU-Medien Links kommentierte Linksammlung zum Thema Was Kräfte bewirken Ohne Wechselwirkung keine Fortbewegung Masse und Gewicht Wurfparabel Addition von Kräften 9 Programmstruktur Kräfte und ihre Wirkungen Untermenüs Hauptmenü Kräfte und ihre Wirkungen Kräfte und ihre Wirkungen Kräfte und ihre Wirkungen Kräfte und ihre Wirkungen Kräfte wirken überall! Film 33 min Sequenzen Grafiken / Bilder Arbeitsmaterial Sequenzen Was man unter Kraft versteht 2:00 min Arten von Kräften 1:20 min Wirkungen von Kräften auf Körper 5:20 min Messen und Darstellen von Kräften 5:50 min Die Gewichtskraft von Körpern 3:10 min Die Schwerelosigkeit 1:50 min Das Wechselwirkungsprinzip 2:20 min Zusammensetzung von Kräften 3:10 min Trägheitssatz 1:30 min Reibung 3:50 min Kräfte wirken überall! Arbeitsmaterial (im ROM-Teil der DVD) Legen Sie die DVD in das DVDLaufwerk Ihres Computers und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner Arbeitsmaterial. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Verwendung im Unterricht 7 Arbeitsblätter 1 Interaktion 3 Grafiken Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links 10 Was Kräfte bewirken Ohne Wechselwirkung keine Fortbewegung Masse und Gewicht Wurfparabel Addition von Kräften Bild 4 Bilder Grafik 4 Bilder 4 Grafiken Produktionsangaben Kräfte und ihre Wirkungen (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2010 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design msm-studios GmbH im Auftrag von FWU Institut für Film und Bild Grafiken msm-studios GmbH Bildnachweis iStockphoto: business man pushing a car © ArtmannWitte boys throwing football © ejwhite explosive start © 36clicks bicycle ride in the country © Jeffroid1 antarctica polar landscape © Mlenny Fotolia: woman hands kneading dough © Sergey Skleznev fitness © Kati Neudert working together ii © Steven Pepple airplane © Ilja Mašík luna llena © Parato center of the world © Steve Mann Arbeitsmaterial Roland Bergmann Begleitheft Dr. Maike Schuchmann Laura Schäfer Pädagogische Referentinnen im FWU Dr. Maike Schuchmann Svenja Weiß Henrike Quarch Produktionsangaben zum Film „Kräfte und ihre Wirkungen“ Produktion SchwabenFilm, Stuttgart im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2010 Buch und Regie Sven Falge & Markus Matschke Sprecher Fabian Gröver Animation Sven Falge Markus Matschke Mischa Rojkov Velina Hristova Andreas Görgemanns Schnitt Markus Matschke Fachberatung Werner Müller Redaktion Dr. Maike Schuchmann Svenja Weiß Henrike Quarch Besonderer Dank an Ursula Falge, Roland Falge, Hilda Striebel, Frieder Striebel, Sebastian Stopper, Elektro Fuchs, Petra Maria Tekkerin, Gemeinde Rottenacker, Realschule Munderkingen, NASA – World Wind, Licam Nur Bildstellen/Medienzentren: öV zulässig © 2010 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089) 6497-240 E-Mail [email protected] [email protected] Internet www.fwu.de 11 Didaktische FWU-DVD 46 02708 Kräfte und ihre Wirkungen Wir können sie nicht sehen, doch ihre Wirkungen erfahren wir im Alltag immer wieder am eigenen Leib – die Kräfte. Die didaktische DVD liefert anhand von lebensnahen Beispielen einen Überblick über die verschiedenen Kraftarten (z. B. Gewichtskraft, Gravitation, Reibungskräfte etc.), erläutert wie Kräfte gemessen, verglichen und dargestellt werden können und beschreibt das Prinzip der Kräftezerlegung. Umfangreiches Arbeitsmaterial und eine interaktive Übung im ROM-Teil ergänzen die didaktische DVD. Erscheinungsjahr: Laufzeit: Film: Filmsequenzen: Grafiken / Bilder: Sprache: DVD-ROM-Teil: Unterrichtsmaterialien Arbeitsblätter:7 (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen) Interaktion: 1 Adressaten:Allgemeinbildende Schule (Klasse 7 - 10) 2010 36 min 1 10 14 Deutsch Schlagwörter: Beschleunigung, Erdanziehung, Federkraftmesser, Fortbewegung, Gewichtskraft, Gravitation, Hookesches Gesetz, Kraft, Kräftegleichgewicht, Kräfteparallelogramm, Masse, Newton, Reibung, Schwerelosigkeit, Trägheit, Verformung, Wechselwirkung, Wurf FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Systematik: Physik K lassische Mechanik Kinematik, Dynamik, Technische Anwendungen 82031 Grünwald Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 Telefon +49 (0)89-6497-1 Telefax +49 (0)89-6497-240 [email protected] www.fwu.de Lehrprogramm gemäß § 14 JuSchG GEMA Alle Urheber- und Leistungsschutzrechte vorbehalten. Nicht erlaubte / genehmigte Nutzungen werden zivil- und / oder strafrechtlich verfolgt. www.fwu-shop.de Bestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444 [email protected] Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC: DVD-Laufwerk und DVDPlayer-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/ Vista/Windows 7 4602708010 4602708010
