INHALTSVERZEICHNIS PHYSIK-VERSUCHE MIT HINTERGRUNDWISSEN

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Ute Bergmann
vor 7 Jahren
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1 INHALTSVERZEICHNIS PHYSIK-VERSUCHE MIT HINTERGRUNDWISSEN C Die Zaubermünze / Lichtbrechung Ein silbernes Ei / Totalreflexion Hintergrundwissen Optik - Lichtbrechung - Totalreflexion -

2 PHYSIK / LICHTBRECHUNG DIE ZAUBERMÜNZE Was brauchst du? Wasser 1 flaches Gefäß 1 schweres Geldstück (2 ) So gehst du vor: 1. Nimm ein flaches Gefäß und lege eine schwere Münze hinein! 2. Nun setzt sich die Versuchsperson bequem hin und bewegt sich nicht mehr. 3. Schiebe das Gefäß so hin, dass die Versuchsperson die Münze sehen kann, und ziehe es dann wieder so weit weg, bis die Versuchsperson sagt, dass sie die Münze nicht mehr sieht! 4. Gib Wasser in das Gefäß! Was sieht die Versuchsperson in der Tasse? Tipps und Tricks: Man sollte ein flaches Gefäß nehmen, damit man besser hineinsehen kann. Das Geldstück sollte schwer sein, damit es nicht verrutscht. Die Versuchsperson darf den Kopf nicht bewegen. Was passiert? Sobald man Wasser in die Schüssel gibt, kann die Versuchsperson das Geldstück wieder sehen, obwohl sich die Münze nicht bewegt hat. Je mehr Wasser in das Gefäß gegeben wird, desto höher scheint die Münze zu steigen

3 Warum ist das so? Die Lichtstrahlen werden von der Münze reflektiert. Beim Übergang Wasser - Luft ändern sie aufgrund der Lichtbrechung ihre Geschwindigkeit und ihre Richtung und gelangen so ins Auge des Beobachters. Die Münze scheint angehoben, weil Gegenstände stets in der Richtung, aus der die Lichtstrahlen kommen, gesehen werden

4 Praktische Durchführung Medien: Flaches Gefäß Münze Wasser Ziele: Informationen aufnehmen, verstehen und einprägen Wissensvermittlung Staunen können Organisation: Ca.4 Kinder Am Tisch Motivation / Einstiegsphase: In einem Korb verdeckt, ertasten die Kinder die Münze. Eigenschaften der Münze werden besprochen, weitere Materialien vorgestellt. Hauptteil/Vermittlungsphase: Die KGP zeigt mit Hilfe eines Kindes (Assistenten) das Experiment vor. Das Kind sitzt, ohne sich zu bewegen, auf dem Stuhl. Die Pädagogin schiebt das Gefäß mit der Münze so hin, dass das Kind die Münze gut sehen kann. Dann zieht sie das Gefäß so weit weg, bis das Kind die Münze nicht mehr sehen kann. Weiters gibt die KGP Wasser in das Gefäß. Folge: Die Münze wird wieder sichtbar. Jenes Kind führt danach das Experiment mit einem weiteren Kind durch. Erklärung: Die Münze kann gesehen werden, weil die Lichtstrahlen von der Münze reflektiert werden. Abschluss / Ausklangsphase: Abschlussspiel: Münze, Münze, du musst wandern, von der einen Hand zur andern,

5 PHYSIK / TOTALREFLEXION EIN SILBERNES EI Was brauchst du? 1 Hühnerei (gekocht) 1 brennende Kerze 1 Trinkglas mit Wasser So gehst du vor: 1. Halte das Ei von der Seite her vorsichtig in die Kerzenflamme! 2. Sobald du das Ei in die Flamme hältst, fängt die Kerze an zu qualmen und es legt sich schwarzer Ruß auf die Schale. Es reicht, wenn du eine Hälfte des Eis mit Ruß schwärzt. 3. Halte die angerußte Seite vorsichtig in das Glas mit Wasser! Tipps und Tricks: Kein zu großes Glas nehmen, damit das Ei wieder herausgeholt werden kann. Zur Sicherheit sollte man die Kerze auf einen Teller stellen. Das Ei nur für kurze Zeit in die Flamme halten, damit es wieder abkühlen kann, dann bekommt es keine Risse. Achte darauf, dass du dir die Finger nicht verbrennst. Was passiert? Ist das Ei unter Wasser, schimmern die rußgeschwärzten Stellen silbern, obwohl sie ja eigentlich schwarz sind. Das Ei scheint hier mit einer spiegelnden Haut überzogen zu sein. Warum ist das so? Ruß besteht fast nur aus Kohlenstoff, ist fettig und deshalb wasserabweisend. Dort, wo Ruß ist, kann das Wasser die Oberfläche des Eis nicht benetzen, weil unter Wasser eine sehr dünne Lufthaut auf der Rußschicht bleibt. An dieser Grenzfläche kommt es zur Totalreflexion: Die Lichtstrahlen werden komplett reflektiert: Das Ei erscheint silbern und nicht schwarz

6 Praktische Durchführung Medien: Ei (gekocht) Kerze Glas Wasser Ziele: Richtiger Umgang mit Feuer Naturelemente erleben und begreifen Konzentrationsförderung Organisation: Ca.4 Kinder Am Tisch Motivation / Einstiegsphase: Auf dem Tisch liegen alle Medien verdeckt. Die Kinder dürfen unter das Tuch greifen und die verschiedenen Gegenstände ertasten. Wenn die Kinder die entsprechenden Gegenstände erraten, werden diese auf den Tisch gelegt. Hauptteil / Vermittlungsphase: Die KGP beginnt mit dem Experiment. Das Ei wird in die Flamme der Kerze gehalten, daraufhin bildet sich eine schwarze Rußschicht. Wichtig: Das Ei muss nur auf einer Seite angeschwärzt werden. Dann wird diese angeschwärzte Seite in ein Glas mit Wasser gehalten. Folge: Das Ei schimmert silbern. Erklärung: Die Rußschicht bildet eine dünne Lufthaut. Die Lichtstrahlen werden komplett reflektiert und dadurch erscheint uns das Ei silbern. Abschluss / Ausklangsphase: Die Pädagogin gibt einem Kind die Kerze und dieses gibt sie einem anderen Kind weiter

7 Optik Lichtbrechung Definition Licht ändert beim Übergang zwischen zwei verschiedenen Medien seine Geschwindigkeit und somit seine Richtung. Ein Teil des einfallenden Lichtstrahls wird reflektiert, ein Teil wird gebrochen: Optisch dünnes Medium -> optisch dichtes Medium: Der Lichtstrahl wird langsamer und somit zum Lot hin gebrochen. Optisch dichtes Medium -> optisch dünnes Medium: Der Lichtstrahl wird schneller und somit vom Lot weg gebrochen. Regenbogen Ein Hauptregenbogen entsteht aufgrund zweimaliger Brechung und einmaliger Reflexion von Lichtstrahlen in Wassertropfen. Da die Brechung von der Wellenlänge des Lichts (= der Farbe) abhängt, wird weißes (Sonnen-) Licht dabei in die Spektralfarben gespalten. Einen Hauptregenbogen erkennt man daran, dass Rot außen ist! Ab und zu kann zusätzlich zum Hauptregenbogen ein zweiter, sogenannter Nebenregenbogen beobachtet werden. Er entsteht durch zweimalige Brechung und zweimalige Reflexion der Lichtstrahlen. Rot ist innen! Totalreflexion Entstehung Beim Übergang vom optisch dichten zum optisch dünnen Medium verläuft der gebrochene Strahl bei einem bestimmten Einfallswinkel genau an der Grenzfläche der beiden Medien: Der Brechungswinkel beträgt 90 Grad und wird Grenzwinkel genannt. Wird dieser Grenzwinkel überschritten, erfolgt keine Brechung mehr, der Strahl wird gemäß dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel = Ausfallswinkel; einfallender und ausfallender Strahl liegen auf einer Ebene) zurück ins dichtere Medium reflektiert: Totalreflexion

8 Fata Morgana Eine Fata Morgana ist eine auf der Erscheinung der Totalreflexion beruhende Luftspiegelung. Fata Morgana in der Wüste: Ein Lichtstrahl, der von einem Gegenstand ausgeht, wird an der Grenzfläche zwischen der heißen Luft über dem Boden und der darüberliegenden kalten Luft total reflektiert. Das Auge des Beobachters sieht die Lichtquelle immer in Verlängerung des reflektierten Strahls -> man sieht ein auf dem Kopf stehendes Spiegelbild des Gegenstandes, das sich scheinbar unter dem Horizont befindet. Fata Morgana über dem Meer: An der Grenzfläche zwischen der kalten Luftschicht über dem Meer bzw. Boden und der darüberliegenden warmen Luftschicht findet Totalreflexion statt. Der Beobachter sieht ein auf dem Kopf stehendes Spiegelbild, das sich scheinbar über dem Erdboden befindet. Man kann so die Spiegelbilder von Gegenständer sehen, die man aufgrund der Entfernung (Erdkrümmung!) direkt nicht sehen kann!

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