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Homepage > Aktivitäten > Mechanik > Bewegung > Ich bin öko-mobil! > Große Erfindungen > 4: Die Eisenbahn > Bewegungsumwandlung (Teil 1)

4.4: Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Drehbewegung (Teil 1)

Autor/inn/en:
Publikation: 9.3.2015
Lernstufe: 3
Übersicht: Die Schüler überlegen, wie man eine geradlinige Bewegung (des Kolbens, der in der Dampfmaschine in Bewegung gesetzt wird) in eine Drehbewe­gung (der Räder der Lokomotive) umwandeln kann.
Angestrebte Kenntnisse:
  • Ein mit dem Kolben verbundenes Pleuel-Kurbel-System (Schubkurbel­getriebe) treibt das Antriebsrad an.
  • Man kann eine geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung umwandeln.
Wortschatz: geradlinige Bewegung (Translationsbewegung), Drehbewegung (Rotation)
Dauer: 1 Stunde 30 Minuten
Material: Für die Klasse:
  • eine mechanische Grußkarte (Zieh- bzw. Drehkarte), die von der Lehrerin oder den Schülern vor der Unterrichtsstunde gebastelt wird.
Für jede Gruppe:
  • Tonkarton (A4)
  • Musterklammern (kleine, mit möglichst flachem Kopf)
  • Bleistift, Schere, Zirkel, Lineal, Farbstifte und Verzierungsmaterial (bun­tes Papier, Farbe, Pailletten, ...)
Herkunft: La main à la pâte, Paris

Vorbereitung

Vor dieser Unterrichtsstunde basteln die Lehrerin oder/und die Schüler eine me­chanische Karte, eine sogenannte Drehkarte (Abb. 1). Die Einzelteile aus Ton­karton werden mit Musterklammern befestigt. Wer nicht basteln (lassen) möch­te, kauft eine Zieh- oder Drehkarte im Schreibwarengeschäft.

Aufbau einer Drehkarte

Abb. 1: Aufbau einer Drehkarte

Achtung: Zunächst sollte nicht zu sehen sein, wie die Drehkarte funktioniert. Die Schüler sollen versuchen, selbst auf das Funktionsprinzip zu kommen.

Ausgangsfrage

Die Lehrerin und die Schüler fassen noch einmal die Ergebnisse der Unter­richtsstunde über die Funktionsweise der Dampfmaschine zusammen. Die Lehrerin diskutiert mit der Klasse über die Bewegung des Rads. Es gibt einen wichtigen Unterschied: Die Dampfmaschine erzeugt eine geradlinige Bewegung (was die Lehrerin durch die entsprechende Gestik unterstreichen kann), wäh­rend die Räder sich um eine Achse drehen. Die Frage lautet also: "Wie kann eine geradli­nige Bewegung eine Drehbewegung erzeugen?". An dieser Stelle müssen zu­nächst die Begriffe "geradlinige Bewegung" und "Drehbewegung (Rotation)" erläutert werden.

Technologische Untersuchung (in Zweiergruppen)

Die Schüler überlegen alle zusammen, wie man vorgehen könnte. Nach einer Weile zeigt die Lehrerin den Schülern die Drehkarte, wobei der Mechanismus zunächst verborgen bleiben sollte. Sie zeigt ihnen, wo die geradlinige und wo die Drehbewegung ist. Wenn die Schüler herausbekommen, wie eine solche mechanische Karte funktioniert, kennen sie die Antwort auf die Ausgangsfrage.

Die Lehrerin teilt den Schülern nun mit, dass sie die Drehkarte nachbauen sol­len. Dazu müssen sie erst herausfinden, wie sie funktioniert. In Zweiergrup­pen überlegen sie, wie der verborgene Mechanismus aussehen könnte. Sie schrei­ben und zeichnen, um darzustellen, was sie verstanden haben. Im nächs­ten Schritt können sie ihre Entwürfe mit dem verfügbaren Material zusammenbas­teln und ausprobieren.

Bau der Drehkarte

Abb. 2: Die Schüler versuchen eine Drehkarte zu bauen [1].
a) Diese Gruppe versucht den Kolben über eine Schnur mit dem Rad zu verbinden. Mit der nicht starren Verbindung lässt sich der Kolben jedoch nicht wieder zurück­ziehen.
b)  Diese Gruppe versucht es mit einer starren Verbindung (Pleuel), hat aber nicht herausgefunden, dass diese exzentrisch angreifen muss, damit sich das Rad auch bewegt.
c) Diese Gruppe hat zwar verstanden, dass die Pleuelstange [2] exzentrisch angrei­fen muss, hat sie aber mit Klebeband befestigt, sodass sie blockiert ist und sich das Rad nicht drehen kann.
d) Diese Gruppe hat ein brauchbares Pleuel-Kurbel-System hergestellt: Die Pleuel­stange ist starr und greift exzentrisch an. Sie ist auch lang genug, sodass sie das Rad um 360° drehen kann.

Gemeinsame Erörterung

Die Drehkarten werden eingesammelt und ausgestellt. Die Schüler prüfen und vergleichen. Sie erkennen, was nicht funktioniert, erörtern, warum es nicht funk­tioniert, und suchen nach möglichen Verbesserungen.

Zusammenfassung

Die Klasse kommt zu einer gemeinsamen Schlussfolgerung.

Beispiel: Man kann eine geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung umwandeln.


Fußnoten

1: 6. Klasse von Sophie Gouet (Paris)

2: Vielleicht ist für die Kinder das Wort Schubstange einfacher als Pleuel oder Pleuelstange.

Letzte Aktualisierung: 27.6.2016

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