ARBEITSBLATT STUDIUM EINFACHER BEWEGUNGEN

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1 ARBEITSBLATT STUDIUM EINFACHER BEWEGUNGEN FREIER FALL NAME:.. KLASSE:.. DATUM:. Verwendete die Simulation: Wir untersuchen zum freien Fall folgende Fragestellungen: a. Wovon hängt die Geschwindigkeit v y beim Auftreffen auf den Boden (Aufschlagsgeschwindigkeit) ab? Wir Ändern bei diesem Experiment die Abwurfhöhe h und beobachten die Aufschlagsgeschwindigkeit v y. b. Wie sieht die Aufschlagsgeschwindigkeit v y in Abhängigkeit von der Höhe h in einem Diagramm aus? c. Welcher Zusammenhang lässt sich zwischen v y und h angeben? d. Wie sieht die Aufschlagsgeschwindigkeit v y in Abhängigkeit von der Falldauer t in einem Diagramm aus? e. Wie sieht die Ausgangshöhe h in Abhängigkeit von der Falldauer t in einem Diagramm aus? f. Wir planen ein reales Experiment zum Nachweis der Gesetzmäßigkeit von e) g. Hängt die Aufschlagsgeschwindigkeit v y von der Masse m des Körpers ab? h. Trifft ein Körper unter den ansonsten selben Experimentierbedingungen auf dem Mond schneller oder langsamer auf den Boden auf? i. Ist die Kraft (Gewicht) mit der ein Körper zu Boden gezogen wird für jede Höhe gleich? JKU / Abteilung Didaktik der Physik PH-OOE / FDZ

2 Die zu erlangenden Kompetenzen für diese Fragestellungen: Handlungskompetenz Grundkompetenz Deskriptor BHS Phänomene beobachten und erfassen A1 Aufgabe Deskriptor Bewertung a b c d e f g h i Beobachten & Erfassen Phänomene in der Fachsprache beschreiben Phänomene mit Formeln, Diagrammen etc. beschreiben Bedeutung für Umwelt erfassen A2 A3,4 A5 Fachspezifische Info recherchieren B1 Untersuchungsfrage stellen B2 Hypothesen u. Lösungsansätze aufstellen B3 Untersuche & Bearbeiten Experimente planen Vorgänge untersuchen, analysieren, prüfen B4 B4 Experimente protokollieren B5 Experimente interpretieren B5 Experimente beschreiben B5 Ergebnisse bewerten C1 Gültigkeitsgrenzen erkennen C2 Bewerten & Anwenden Konsequenzen abschätzen Anwendung in Umwelt u. Technik erkennen C3 C4 Inhalte präsentieren und begründen C5 JKU / Abteilung Didaktik der Physik PH-OOE / FDZ

3 Aufgabe zur Fragestellung a: Wovon hängt die Geschwindigkeit v y beim Auftreffen auf den Boden (Aufschlagsgeschwindigkeit) ab? Bestimme dazu die Abhängigkeit der Aufschlagsgeschwindigkeit v ya bzw. der Falldauer t von der Ausgangshöhe h bei konstanter Masse (m = 1 kg) mithilfe der Simulation. Einstellungen: Anzeigeoption Geschwindigkeit für v ya und Position für Dauer t Anfangsgeschwindigkeit v = 0 m/s, Winkel -90, Masse = 1kg; Fallbeschleunigung = 9,81 m/s² h (m) v ya (m/s) t (s) Bescheiben Sie in eigenen Worten den Zusammenhang v ya (h) und v ya (t) Die Aufschlagsgeschwindigkeit v ya JKU / Abteilung Didaktik der Physik PH-OOE / FDZ

4 Aufgabe zur Fragestellung b: Wie sieht die Aufschlagsgeschwindigkeit v y in Abhängigkeit von der Höhe h in einem Diagramm aus? Stellen Sie dazu die gemessenen Werte in einem v ya (h) Diagramm dar! Verwenden Sie dazu unten stehendes Achsenkreuz bzw. eine Tabellenkalkulation. Aufgabe zur Fragestellung c: Welcher Zusammenhang lässt sich zwischen v y und h angeben? Berechnen Sie aus den Messwerten obiger Tabelle die Verhältniswerte v ya (h)/v(1) und tragen Sie diese in die unten stehende Tabelle ein. h / 1m v ya (h) / v(1) Vervierfacht man die Höhe h, so.. sich die Aufschlagsgeschwindigkeit v A JKU / Abteilung Didaktik der Physik PH-OOE / FDZ

5 Aufgabe zur Fragestellung d: Wie sieht die Aufschlagsgeschwindigkeit v ya in Abhängigkeit von der Falldauer t in einem Diagramm aus? Stellen Sie dazu die gemessenen Werte in einem v ya (t) Diagramm dar! Verwenden Sie dazu unten stehendes Achsenkreuz bzw. eine Tabellenkalkulation und tragen Sie den Betrag der Geschwindigkeit v ya ein. Der Graph der Funktion v ya (t) ist eine.. d.h. der Betrag der Geschwindigkeit beim freien Fall wächst. mit der Zeit Bestimmen Sie aus den Messwerten die Gleichung der Geraden! Ergebnis: v ya (t) =.. Der Anstieg der Geraden wird berechnet mit der Formel:.. Die physikalische Einheit des Anstiegs ist:. Dies ist die Einheit der physikalischen Größe:. Beim freien Fall handelt es sich um eine. Bewegung. JKU / Abteilung Didaktik der Physik PH-OOE / FDZ

6 Aufgabe zur Fragestellung e: Wie sieht die Ausgangshöhe h in Abhängigkeit von der Falldauer t in einem Diagramm aus? Stellen Sie dazu die gemessenen Werte in einem h(t) Diagramm dar! Verwenden Sie dazu unten stehendes Achsenkreuz bzw. eine Tabellenkalkulation. Der Graph der Funktion h(t) hat die Form einer.. d.h. die Fallhöhe beim freien Fall wächst. mit der Zeit Die Fallhöhe als Funktion der Zeit wird beschrieben durch das Weg-Zeit Gesetz der gleichmäßig beschleunigten Bewegung. a 2 2 h ( t) = t mit der Anfangsgeschwindigkeit v(0) = 0 Aufgabe zur Fragestellung f: Wir planen ein reales Experiment zum Nachweis der Gesetzmäßigkeit von Aufgabe e Planen Sie ein reales Experiment zum Nachweis dieser Gesetzmäßigkeit. Führen Sie dieses Experiment durch. Wie kann man Messfehler klein halten? Vergleichen Sie die Messergebnisse mit der Simulation. Dokumentieren Sie alle Messergebnisse in Form von Diagrammen, Tabellen etc. Vorsicht: Achten Sie bei der Durchführung der Fallexperimente darauf, dass keine Personen gefährdet oder Gegenstände beschädigt werden! JKU / Abteilung Didaktik der Physik PH-OOE / FDZ

7 Aufgabe zur Fragestellung g: Hängt die Aufschlagsgeschwindigkeit v y von der Masse m des Körpers ab? Bestimmen Sie dazu die Abhängigkeit der Aufschlagsgeschwindigkeit v ya von der Masse m bei konstanter Höhe (h = 10 m) Einstellungen: Anzeigeoption Geschwindigkeit Ausgangshöhe = 10m, Anfangsgeschwindigkeit v = 0 m/s, Winkel -90, Fallbeschleunigung=9,81 m/s² m (kg) v ya (m/s) Bescheiben Sie den Zusammenhang v ya (m) Die Aufschlagsgeschwindigkeit v A.... Sie hängt von der Masse m des fallenden Körpers. ab! Entspricht dieses Ergebnis Ihrer Erfahrung auf der Erde? Begründen Sie Ihre Antwort mit einem Beispiel oder Experiment. Siehe dazu auch die Experimente im Video-Link: Zusatzaufgabe zur Fragestellung g Internet Recherche: Bereits im 16. Jhdt. hatte sich Galileo Galilei mit den Fallgesetzen beschäftigt. Seine Ergebnisse standen im Gegensatz zu den Behauptungen des griechischen Philosophen Aristoteles. Recherchieren Sie im Internet zu diesem Thema und erläutern Sie die unterschiedlichen Standpunkte in einem Kurzreferat. Wie lassen sich die unterschiedlichen Standpunkte begründen? JKU / Abteilung Didaktik der Physik PH-OOE / FDZ

8 Aufgabe zur Fragestellung h: Trifft ein Körper unter den ansonsten selben Experimentierbedingungen auf dem Mond schneller oder langsamer auf den Boden auf? Mit der Simulationseinstellung Fallbeschleunigung lässt sich auch der Wert für den Mond einstellen. Der Wert der Gravitationsbeschleunigung auf der Mondoberfläche beträgt g = 1,62 m/s² Füllen Sie mit dieser Einstellung für g (wie bei Aufgabe a) die folgende Wertetabelle aus und berechnen Sie die fehlenden Verhältniswerte: h (m) v A Mond (m/s) v A Erde (m/s) v A Erde / v A Mond 0 0,00 1 4,43 4 8, , ,44 Die Aufschlagsgeschwindigkeit auf der Erde ist um das - fache größer / kleiner als auf dem Mond. Hängt dieses Verhältnis von der Höhe ab? Interpretieren Sie die Werte aus der Messtabelle. Antwort: Anmerkung: Tatsächlich nimmt die Fallbeschleunigung mit zunehmender Höhe ab. Sie ist nur für Höhen h, die viel kleiner sind als der Radius des Gestirns als näherungsweise konstant zu betrachten. Nur unter dieser Annahme erklärt sich das gefundene Ergebnis. Die Abhängigkeit der Gravitationsbeschleunigung von Massenmittelpunkt des Gestirns wird durch das Newton sche Gravitationsgesetz beschrieben. Aufgabe zur Fragestellung i: Ist die Kraft (Gewicht) mit der ein Körper zu Boden gezogen wird für jede Höhe gleich? Recherchieren Sie im Internet nach dem Newton schen Gravitationsgesetz und verfassen Sie ein Kurzreferat (ca. 10min) zur Bedeutung dieses Gesetzes. ZUSAMMENFASSUNG: Fassen Sie die Ergebnisse der Aufgaben a-i in eigenen Worten nochmals auf einer Seite kurz zusammen! JKU / Abteilung Didaktik der Physik PH-OOE / FDZ