Handversuche: Bewegungen und Kräfte

Transkript

1 Physikalisches Schulversuchspraktikum: Handversuche: Bewegungen und Kräfte Gerhild Gabath Abgabetermin:

2 Arbeitsblatt: Verteilte Kraft Benötigtes Material: Paketschnur oder festerer Faden Wickle die Schnur um die Finger und den Daumen. Eine lose Schlaufe liegt in der Hand. Dann wird die Schnur hinter der Hand (um den Handrücken) herumgeführt und bei der Handfläche durch die lose Schlaufe gezogen. Das freie Schnurende wickelst du fest um die zweite Hand. Was passiert, wenn du kurz an der Schnur reißt? Notiere kurz deine Beobachtungen! Die Schnur reißt genau an der Berührungsstelle, wo sich die Schnur und die lose Schlaufe überkreuzen. Wie kann man deiner Meinung nach diese Beobachtungen erklären? Bei dieser Reißmethode verteilt sich die Kraft auf zwei Schnurteile und wird somit halbiert. Die Kraftverteilung wird also zum Zerreißen der Schnur verwendet. Man kann dadurch auch Schnüre verkürzen, die man mit der Hand nicht durchreißen könnte. 2

3 Arbeitsblatt: Der Hammer Benötigtes Material: Hammer, Lineal (30 cm), Schnur, Schere, vorstehende Tischfläche Aus der Schnur knüpfst du eine Lasche und steckst Hammer und Lineal durch. Lege nun das Lineal vorsichtig auf die Tischkante, sodaß der Hammer im Gleichgewicht bleibt. Die Größe der Schlaufe und der richtige Auflagepunkt hängen von der Größe des Hammers ab, es sind also wahrscheinlich mehrere Versuche nötig, bis das Ganze funktioniert. Wo liegt der ideale Auflagepunkt ungefähr? Lies ihn von der Skala deines Lineals ab! Der Auflagepunkt ist je nach Hammer verschieden. Wie kann man deiner Meinung nach diese Beobachtung erklären? Der Schwerpunkt des gesamten Systems von Hammer und Lineal liegt unterhalb des Unterstützungspunktes, weshalb der Hammer im Gleichgewicht bleibt. 3

4 Arbeitsblatt: Die Münze fällt Benötigtes Material: eine Münze (1- - Stück), eine Spielkarte, eine Postkarte, einen Joghurtbecher, ein Trinkglas und eine Teetasse. Fülle als erstes den Joghurtbecher halb mit Wasser und lege dann die Spielkarte darauf. Auf die Karte legst du schließlich die Münze. Nun schnippst du die Karte mit einem Finger weg. Was passiert? Notiere kurz deine Beobachtungen! Die Münze fällt ins Wasser. Was könnte die Ursache für deine Beobachtungen sein? Die Trägheit der Münze. Als nächstes legst du die Spielkarte auf ein Trinkglas und darauf dann die Münze. Schnippe nun wieder die Karte mit einem Finger weg. Was geschieht jetzt? Die Münze fällt ins Glas. Wie erklärtst du das, was passiert ist? Wiederum ist die Trägheit dafür verantwortlich, daß die Münze im Glas landet. Nimm jetzt die große Teetasse und platziere die Postkarte darauf, anschließend legst du wieder die Münze hinauf. Wiederum muß man die Karte mit den Fingern wegschnippen oder wegziehen. Was beobachtest du bei diesem dritten Versuch? Die Münze landet wieder in der Tasse. Was ist diesmal für den Versuchsausgang verantwortlich? Die Trägheit der Münze. Worauf muß man achten, daß diese Versuche wirklich funktionieren? Probiere das ganze beispielsweise mit einer 1 Cent Münze. Was fällt dir auf? Ist die Münze zu leicht, so ist ihre Trägheit nicht groß genug und sie fällt nicht in das Gefäß, sondern bleibt auf der Karte liegen. 4

5 Arbeitsblatt: Steineschlagen und Leonardo da Vinci s Trick Verwendetes Material: Damesteine und ein kleines Lineal Baue aus den Damesteinen einen Turm, etwa acht Steine hoch. Schlag nun mit dem Lineal einen Stein nach dem anderen von unten aus dem Turm heraus. Fällt der Turm um oder nicht? Was könnte jeweils der Grund dafür sein? Der Turm fällt nicht um, da die Steine träge sind und in ihrer ursprünglichen Position bleiben. Verwendetes Material: Damesteine, Faden Du baust nun nochmal einen Turm aus den Damesteinen. Um den untersten Stein wickelst du dann einen Faden. Ziehe nun ruckartig an dem Faden. Achte dabei darauf, daß der Faden nur den untersten Stein umschlingt. Inwiefern unterscheidet sich deine Beobachtung von dem Ergebnis des vorigen Versuchs? Das Ergebnis unterscheidet sich gar nicht, der Turm bleibt auf Grund seiner Trägheit stehen und der jeweils unterste Stein wird herausgezogen. 5

6 Arbeitsblatt: Die Heimrakete Verwendetes Material: Luftballon, Klebeband, Schnur, Trinkhalm Durch den Trinkhalm wird eine Schnur gespannt, deren Enden du irgendwo befestigst. Der aufgeblasene Ballon wird mit einem Klebeband an dem Trinkhalm befestigt. Lass nun die Luftballonöffnung los. Was passiert? Der Ballon wird einige Meter weit die Schnur entlang beschleunigt, Ursache dafür ist der Rückstoß durch die entströmende Luft. 6

7 Arbeitsblatt: Eine Münze mit Drall Verwendetes Material: Münzen (1 - - Münzen), glatte Tischplatte Man hält eine Münze mit Daumen und Zeigefinger an der Schmalseite und versetzt sie auf einer Tischplatte in schnelle Drehung. Du kannst auch versuchen, so viele Münzen wie möglich gleichzeitig zu drehen. Wann ist so eine sich drehende Münze am stabilsten? Die Münzen drehen sich wie ein Kreisel, je größer die Drehgeschwindigkeit ist, desto größer ist die Stabilität der Münze. Versuche, eine sich schnell drehende Münze mit dem Zeigefinger so anzuhalten, daß sie dabei nicht umfällt, sondern aufrecht stehen bleibt. Wodurch wird die Münze eigentlich gestoppt? Die Reibung zwischen der rotierenden Münze und dem Finger bremst die Drehung immer mehr ab, bis die Münze zum Stillstand kommt. 7

8 Arbeitsblatt: Wippe für Münzen Verwendetes Material: Lineal, sechseckiger Bleistift, gleiche Münzen. Auf einen der Skalenstriche des Lineals legt man eine oder mehrere Münzen und versucht, diese mit einer bzw. mehreren Münzen auf der anderen Seite ins Gleichgewicht zu bringen. Wann erreicht man ein Gleichgewicht? Führe verschiedene Versuche durch und untersuche die Ergebnisse auf Gemeinsamkeiten! Gleichgewicht wird erreicht, wenn das Produkt aus Skalenstrichen und Anzahl der Münzen auf beiden Seiten gleich groß ist. 8

9 Arbeitsblatt: Das schwebende Buch Verwendetes Material: schweres Buch, Tisch Lege ein Buch in die Nähe eines Tischecks. Schiebe es nun langsam über die Ecke, sodaß es gerade nicht hinunterfällt. Wie erklärst du dir, daß man das Buch so weit über die Ecke hinaus schieben kann? Der Schwerpunkt des rechteckigen Buches liegt im Schnittpunkt der Diagonalen, deshalb kann man das Buch so weit über die Ecke schieben, bis nur noch etwas mehr als ein Viertel der Buchfläche den Tisch berührt. Das Buch fällt erst, wenn der Schwerpunkt nicht mehr über der Unterstützungsfläche liegt. 9

10 Arbeitsblatt: Glasskulptur Verwendetes Material: drei Trinkgläser, zwei Messer Steck die beiden Messer über Kreuz in ein Trinkglas. Auf die herausragenden Messer schiebst du dann zwei Gläser. Fallen die beiden Gläser herunter oder nicht? Wo befindet sich der Gesamtschwerpunkt? Die beiden Gläser bleiben in der Schwebe, sie fallen nicht herunter. Der Gesamtschwerpunkt der beiden Gläser befindet sich über der Unterstützungsfläche des mittleren Glases. 10

11 Arbeitsblatt: Welche Flasche ist voll? Verwendetes Material: Stange, zwei gleich große Flaschen, Schnur, Schere, Alufolie und Wasser Eine der beiden Flaschen wird halbvoll, die andere ganz mit Wasser gefüllt und verschlossen. An ihrem Hals wird jeweils eine Schnur befestigt. Beide Flaschen werden mit Alufolie eingewickelt und an die beiden Stabenden gehängt. Wie kannst du ohne Nachschauen herausfinden, welches die volle und welches die halbvolle Flasche ist? Man legt die Stange an den Enden in die von Daumen und Zeigefinger gebildeten Gabeln und streckt die Arme nach vor. Dann beginnt man die Hände langsam aufeinander zuzuschieben. Wenn die Hände einander berühren, ist die Stange mit den Flaschen im Gleichgewicht. Der Schwerpunkt liegt näher bei der vollen Flasche. 11

12 Quellen - und Abbildungsverzeichnis Sämtliche Abbildungen aus: W. Rentsch: Experimente mit Spaß: Bewegungen und Kräfte 12