?Maschine (griechisch mechane, Werkzeug), in der Technik ein Gerät zur Änderung der Stärke oder Richtung einer angewandten Kraft.? Gemäß diesem Lexikoneintrag ist ein als Rampe dienendes Brett die wohl einfachste Maschine der Welt. Denn um ein Bierfass über eine Rampe auf die Ladefläche eines LKW zu rollen, ist nur ein Bruchteil der Gewichtskraft des Fasses erforderlich. Doch leider ist im Leben nichts umsonst: Die Krafteinsparung muss man auf anderem Weg bezahlen. Wie? Das herauszufinden, ist Aufgabe der Schülerinnen und Schüler in dieser auf ein Computerexperiment gestützten Unterrichtseinheit. Und dabei springt zum Schluss noch ein wichtiges physikalisches (Abfall-)Produkt heraus, nämlich das aus Kraft und Weg: die Arbeit.
Schiefe Ebene – die wohl einfachste Maschine der Welt
Unterrichtseinheit
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Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die "goldene Regel der Mechanik" am Beispiel der schiefen Ebene mit einem dynamischen GeoGebra-Applet.
- Physik / Astronomie
- Sekundarstufe I
- je nach Einsatz mindestens eine Unterrichtsstunde oder freie Zeiteinteilung bei selbstständiger Bearbeitung außerhalb des Unterrichts
- Ablaufplan, Arbeitsblatt interaktiv, Experiment
- 1 Arbeitsmaterial
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Didaktisch-methodischer Kommentar
- Gestaltung und Einsatz der Materialien im Unterricht
Fachliche Voraussetzungen sowie Hinweise zum Einsatz des virtuellen Experimentes (Eigenständige Bearbeitung ohne vorherige Behandlung im Unterricht, Vertiefung und Festigung, prägnante Wiederholung in höheren Jahrgangsstufen). - Vorteile der Computersimulation und fachliche Hinweise
Das virtuelle Experiment ermöglicht auch in großen Klassen selbstständiges Experimentieren und eine zeitsparende Konzentration auf die Auswertung und die Ergebnissicherung.
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- schiefe_ebene_materialien.zip
Das dynamische Arbeitsblatt mit dem GeoGebra-Applet zur schiefen und Hilfestellung zu den Tabellenstrukturen in einem Rutsch.
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Vermittelte Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler sollen
- die Zerlegung der Gewichtskraft in Normal- und Hangabtriebskraft bei der schiefen Ebene wiederholen.
- die Aufnahme und das korrekte Eintragen von Messdaten in eine Messtabelle planen und üben.
- erkennen und mathematisch begründen können, dass der Steigungswinkel und die Hangabtriebskraft nicht proportional sind.
- erkennen und über die Produktgleichheit mathematisch begründen können, dass Hangabtriebskraft und zurückgelegter Weg zur Überwindung eines bestimmten Höhenunterschieds indirekt proportional sind (bei konstanter Gewichtskraft).
- die "goldene Regel der Mechanik" verstehen, formulieren und erklären können.
- die Vorgehensweise zur Einführung einer neuen physikalischen Größe verstehen.
Internetadresse
- Schiefe Ebene – Die wohl einfachste Maschine der Welt
Die Webseiten mit interaktivem GeoGebra-Applet und Lösungsbeispiel von Claus Wolfseher sind Bestandteil der Materialsammlung im "GeoGebraWiki". Hier finden Sie auch weitere Anregungen für den Physikunterricht.
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