2.1: Wie lassen sich schwere Lasten transportieren?
| Autoren: | |
| Publikation: | 9.3.2015 |
| Lernstufen: | 2, 3 |
| Übersicht: | Die Schüler entwerfen Vorrichtungen zum Transport schwerer Lasten und probieren ihre Entwürfe aus. Die Klasse diskutiert über eine Methode, wie man die Kraft messen könnte, die für den Transport einer Last aufgebracht werden muss. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Wortschatz: | Last, Gewicht, Masse, Kraft |
| Dauer: | 1 Stunde |
| Material: |
Für jede Gruppe:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Vorbemerkung
Man sollte vermeiden, der Klasse anzukündigen, dass man sich mit dem Thema "Rad" beschäftigen wird, weil damit die Antwort auf die Frage "Wie bewegt man eine schwere Last?". schon klar wäre. Die ganze erste Unterrichtsstunde wäre dadurch praktisch obsolet.
Ausgangsfrage
Die Lehrerin fragt herausfordernd: "Was kann man tun, um eine schwere Last, wie zum Beispiel diesen Schreibtisch, zu bewegen?". Die Antworten sowie die verwendeten Ausdrücke werden gesammelt. Es kommen Vorschläge wie: "Zu mehreren probieren; vorne mit einem Seil ziehen, während andere von hinten schieben; den Schreibtisch auf Rollen setzen, auf Rundhölzer, auf einen Teppich, an dem man zieht."
Statt gleich zu versuchen, diese Vorschläge auszuprobieren, möchte die Lehrerin wissen, welche Verfahren früher angewendet wurden (in der Vor- und Frühgeschichte, in der Antike). Falls in der Diskussion die Begriffe Last, Gewicht, Masse, Kraft fallen, sollte die Lehrerin sicherstellen, dass jeder versteht, was sie bedeuten.
Die Frage, die sich als Nächstes stellt, ist: "Wie kann man die Brauchbarkeit und die Effizienz der verschiedenen Methoden testen?". Effizienz soll heißen mit möglichst geringem Kraftaufwand. Meist denken die Schüler, dass sie einfach probieren können und dabei spüren, wie groß die Anstrengung ist. Daraufhin fragt die Lehrerin, ob es nicht ein empfindlicheres "Messinstrument" gäbe. Sie zeigt den Schülern ein dickes Gummiband und fragt: "Wie könnte ich damit die Kraft, die ich aufbringe, messen?". Die Schüler begreifen schnell, dass das Gummiband sich umso mehr dehnt, je größer die Anstrengung ist.
Experiment (Gruppenarbeit)
Die in Gruppen aufgeteilten Schüler nehmen Gummibänder und messen den Kraftaufwand, der nötig ist, um verschiedene, mehr oder weniger schwere Gegenstände zu bewegen (ein Lexikon, ein Federmäppchen, eine Kiste mit Büchern). Sie stellen fest, dass die Dehnung größer ist, wenn der Gegenstand schwerer (d. h. schwerer zu bewegen) ist. Am besten verändert man nur einen Parameter (das Gewicht der Last) und benutzt immer den gleichen Gegenstand – zum Beispiel das Federmäppchen, einmal leer und einmal gefüllt.
Abb. 1: Zwei Kinder messen die Kraft, mit der sie eine Federmappe ziehen [1].
Fortsetzung (ganze Klasse)
Wenn klar ist, dass alle Schüler verstanden haben, welche Rolle das Gummiband spielt, zeigt die Lehrerin den Schülern einen Federkraftmesser und erklärt, wie er funktioniert: Ganz ähnlich wie ein Gummiband (eine Feder dehnt sich, wenn man zieht), doch der Federkraftmesser ist bereits mit einer Skala versehen, was die Messung erleichtert.
Wissenschaftliche Anmerkungen
- Achtung, Federkraftmesser haben meistens zwei Skalen, die eine in Newton (die Einheit der Kraft), die andere in Gramm (eine Vereinfachung für den praktischen Gebrauch, die aufgrund der Proportionalität von Masse und Gewicht eines Gegenstands naheliegt). Wir wollen in diesem Unterrichtsmodul die Newton-Skala verwenden.
- In manchen Fällen muss der Federkraftmesser erst geeicht werden (mit einem Rädchen wird die Federspannung so reguliert, dass der Zeiger auch wirklich auf null steht). Jede Gruppe erhält einen Federkraftmesser, mit dem sich die Schüler vertraut machen, damit sie in der nächsten Unterrichtsstunde damit umgehen können.
Zusammenfassung
Die Klasse formuliert gemeinsam eine Schlussfolgerung.
Beispiel: Um eine Last zu bewegen, muss man eine Kraft aufwenden, die sich mithilfe eines Federkraftmessers oder eines Gummibandes messen lässt.
Pädagogische Anmerkungen
- In dieser Unterrichtseinheit bzw. im gesamten Unterrichtsmodul verwenden wir, ohne zu unterscheiden, die Begriffe Masse und Gewicht. Es ist hier nicht unser Ziel, den Unterschied zwischen den beiden Begriffen herauszuarbeiten. Im alltäglichen Sprachgebrauch vermischen selbst Wissenschaftler beide Begriffe und sprechen von Gewicht, wenn sie eigentlich eine Masse meinen. Korrekterweise müsste man zum Beispiel sagen: Das Butterpäckchen hat eine Masse (und nicht ein Gewicht!) von 250 g.
- In dieser Unterrichtseinheit wird immer wieder das Wort "Kraft" verwendet. Das ist ein abstrakter Begriff, der erst in der Sekundarstufe eingeführt wird, sodass wir hier von einer genauen Definition absehen. Der Begriff wird jedoch von den Kindern intuitiv verwendet und verstanden, was für dieses Unterrichtsmodul völlig ausreicht. Es geht nur darum, zu verstehen, dass eine Ortsveränderung mit einer Anstrengung verbunden ist und dass sich die Stärke der nötigen Anstrengung mit einfachen Mitteln messen lässt, zum Beispiel anhand der Ausdehnung einer Feder (Prinzip des Federkraftmessers).
- Das eigentliche Maß für die Größe der Anstrengung wäre zwar der Energieaufwand. Da sich dieser jedoch nicht unmittelbar messen lässt, halten wir uns hier an die Kraft.
Fußnote
1: Abb. 1: 3. Klasse von Anne-Marie Lebrun (Bourg-la-Reine)
Letzte Aktualisierung: 18.1.2017
