Einsatzmöglichkeiten und Unterrichtsverlauf

Lehrplanbezug, Voraussetzungen und Einsatzmöglichkeiten der Materialien zum Windkanal-RCL, Hinweise zum Thema „Auto“ in Schulbüchern und eine detaillierte Beschreibung des Unterrichtsverlaufs

Lehrplanbezug

Die Unterrichtseinheit ist für den Mechanikunterricht der Sekundarstufe II konzipiert und passt gut in den Standardthemenblock "Arbeit-Energie-Leistung". In manchen Bundesländern (zum Beispiel Rheinland-Pfalz) kann sie auch den Wahlpflichtthemen "Physik und Auto" oder "Strömungsmechanik" zugeordnet werden. Hier bieten sich zwei Möglichkeiten:

Die Unterrichtseinheit wird eingesetzt, wenn der Standardthemenblock "Arbeit-Energie-Leistung" sinnvollerweise zusammen mit dem Wahlpflichtthema "Physik und Auto" unterrichtet wird.
Alternativ kann die Unterrichtseinheit in der Strömungsmechanik verwendet werden.

Einsatzmöglichkeiten

In den Bundesländern Rheinland-Pfalz, Berlin und Brandenburg kann die Unterrichtseinheit beim Wahlpflichtthema "Strömungsmechanik" als alltagsorientierter Einstieg in entsprechend angepasster und gestraffter Form eingesetzt werden. Weiterführend können klassische Inhalte wie

die Visualisierung von Strömungen,
Strömungsformen,
Druckmessungen in Strömungen,
Bernoullische Gleichung und
eine Erklärung zur Entstehung des Strömungswiderstands

bestens und in engem Bezug zum Auto behandelt werden. Ein gut geplanter und inhaltlich vorbereiteter Besuch eines Windkanals für Automobile bietet sich zum Beginn oder zum Ende der Strömungsmechanik an.

Sekundarstufe I - Mechanik

In der Regel werden im Themenblock "Arbeit-Energie-Leistung" Energieformen zu isoliert voneinander und an speziellen physikalischen Experimenten eingeführt. Die qualitativen Inhalte der Unterrichteinheit wie "Energiestrom beim Auto", "Qualitative Experimente zum Luftwiderstand" und "Energiesparen beim Autofahren" können begleitend oder als Abschluss des Themenblocks eingesetzt werden. Es bleibt der Lehrkraft überlassen das RCL auch für eine in den Lehrplänen nicht vorgesehene quantitative Behandlung des Luftwiderstands zur Einführung quadratischer Abhängigkeiten in einem physikalischen Kontext zu nutzen.

Lernvoraussetzungen

Die Konzeption der Unterrichtseinheit erfordert aufgrund des inhaltlichen Umfangs, dass Inhalte wie

Arbeit,
Energie,
Leistung,
Newtonsches Grundgesetz und
Rollreibungskraft

bereits behandelt wurden. Es ist natürlich auch möglich und bleibt der individuellen Planung der Lehrkraft überlassen, dass Inhalte wie zum Beispiel die Rollreibungskraft oder der Leistungsbegriff im Rahmen der Unterrichtseinheit eingeführt werden.

Das Thema "Auto" in Schulbüchern

Sekundarstufe I

Von den gesichteten Schulbüchern behandelt am konsequentesten das Buch "Cornelsen Physik für Gymnasien, Band 1" physikalische Inhalte in Bezug zum Auto. Fast durchgehend werden zum Beispiel bei den Themen Kraftbegriff, Trägheit, dynamisches Kräftegleichgewicht, Wechselwirkungsgesetz, elastische und plastische Verformung, Energieformen, Haft- und Gleitreibung Bezüge zum Auto hergestellt. Darüber hinaus werden spezielle Autothemen wie Bremsen, ABS, Aquaplaning, Sicherheitsgurt, Fahrwiderstand und Motorleistung behandelt.

Sekundarstufe II

Von den gesichteten Schulbüchern behandelt das Schulbuch "Metzler-Physik" in dem Kapitel "Impuls und Kraft" Antriebs- und Fahrtwiderstandskräfte und im Kapitel "Rotation starrer Körper" Fahrleistungen des Autos. Hervorzuheben ist die kompakte und zugleich anschauliche Darstellung der Inhalte.

Themen und Unterrichtsverlauf

Energiestrom bei Autos mit Verbrennungsmotor
Qualitative Vorversuche zum Luftwiderstand
Quantitative Versuche zum Luftwiderstand mit dem RCL "Windkanal"
Luftwiderstand von Autos
Energiesparendes Autofahren
Vertiefende Aufgaben