zur Vollversion Luftdruck und Wind Wetterelemente experimentell erkunden Windmesser! Das Wichtigste auf einen Blick VII Dr. Norma Kreuzberger, Lohmar

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1 II 1 von 34 Luftdruck und Wind Wetterelemente experimentell erkunden Dr. Norma Kreuzberger, Lohmar Wetter und Wind ändern sich geschwind. ; Der Wind heult ja mal wieder gewaltig! ; eute ist es drückend heiß!. olche prüche und Äußerungen zum Wetter kennen wir alle. ie zeigen, dass das Wetter in unserem lltag eine wichtige olle spielt. Das Wetter begegnet den chülern jeden Tag vor der eigenen austüre, aber auch bei Wettervorhersagen und Wetterkarten im Fernsehen. m das Wettergeschehen besser zu verstehen, sind allerdings genauere Kenntnisse zu den Wetterelementen notwendig. Foto: Thinkstockphotos /itockphoto In diesem Beitrag lernen Ihre chüler die Wetterelemente Luftdruck und Wind genauer kennen und können mithilfe einfacher ersuche deren uswirkungen auf unseren lltag besser nachvollziehen. Mithilfe vielseitiger ufgabenstellungen verbinden die chüler ihre eigenen Erfahrungen aus dem lltag und die neu erworbenen Kenntnisse zu den physikalischen Grundlagen und den damit verbundenen Phänomenen. Im erbst nutzen Kinder den Wind, um Drachen steigen zu lassen. r leitungen fü Mit Bastelan ne und einen eine Windfah Windmesser! Das Wichtigste auf einen Blick Klassen: 5/6 us dem Inhalt: Luft Was kann dieses unsichtbare Gasgemisch? Dauer: 7 10 tunden Kompetenzen: Die chüler wiederholen ihre Grundkenntnisse zu den Wetterelementen Luftdruck und Wind und erfassen deren uswirkungen auf die mwelt und unseren lltag. beschreiben und erläutern das Wettergeschehen mithilfe der erlernten physikalischen intergründe. Wie messe ich den Luftdruck? Wie verhalten sich warme und kalte Luft und was hat das rchimedische Prinzip damit zu tun? Was ist Wind und wie entsteht er? Wie lese ich eine Wetterkarte richtig? stellen Zusammenhänge zwischen naturwissenschaftlichen achverhalten und dem lltag her und grenzen Fachbegriffen ab. Beteiligte Fächer: Erdkunde Physik hemie nteil hoch mittel gering

2 2 von 34 II und um die eihe Warum wir das Thema behandeln Das Thema Wetter hat einen direkten Bezug zu den chülern, denn sie erleben das Wetter täglich. ie kennen unterschiedliche rten von Niederschlag, die uswirkung der onneneinstrahlung auf die Temperaturen und sie haben auch schon unterschiedlich starken Wind erfahren. us Berichten im Fernsehen kennen sie Wetterphänomene wie zum Beispiel Wirbelstürme, extreme Trockenheit und wolkenbruchartigen egen, da die uswirkungen dieser Wettergeschehen katastrophal sein können. Die Tatsache, dass aus dem lltag bekannte Wetterphänomene untersucht werden, motiviert die chüler. ie erhalten ntworten auf Fragen, die sie sich vielleicht schon häuig gestellt haben, wie zum Beispiel: Warum ist der Wind stark oder schwach? Wie entsteht Wind überhaupt? Was sind och- und Tiefdruckgebiete? nd wie kann ich den Luftdruck messen? Die ntworten ergeben sich in dieser nterrichtseinheit vor allem aus dem entdeckenden Lernen und der Interaktion mit den Mitschülern. Mithilfe der Materialien erhalten die chüler einen Einblick in die physikalischen Grundlagen des Wettergeschehens, sie entwickeln ein erständnis dafür, wie die Wetterelemente zusammenwirken, und erfahren, wie sie gemessen werden. Was ie zum Thema wissen müssen Die Bausteine des Wetters nennt man Wetterelemente. ie sind für das Wetter verantwortlich. Es gibt fünf Wetterelemente: Luftdruck, Wind, Temperatur, Niederschlag und Bewölkung. In dieser nterrichtseinheit geht es zunächst schwerpunktmäßig um die beiden Wetterelemente Luftdruck und Wind. Einige grundlegende Informationen Der Begriff Wetter ist deiniert als das Zusammenwirken der Wetterelemente zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten rt. Zu unterscheiden ist dieser Begriff vom Begriff Klima. ls Klima bezeichnet man das Zusammenwirken der Wetterelemente über einen Zeitraum von mindestens 30 Jahren. Die langjährigen Durchschnittswerte werden zur nterscheidung unterschiedlicher Klimazonen herangezogen. Deutschland zum Beispiel liegt in der gemäßigten Zone. ber auch in Deutschland gibt es Klimaunterschiede, denn die Durchschnittstemperaturen sind zum Beispiel im Norden und Nordwesten niedriger als im sten und üden Deutschlands. uch die Niederschlagsverteilung ist unterschiedlich. ier wirken sich regionale nterschiede aus, zum Beispiel die Entfernung zum Meer und die öhenlage. Die Klimaunterschiede ergeben sich durch die Kugelgestalt der Erde, die chrägstellung der Erdachse und den mlauf der Erde um die onne, weil die onneneinstrahlung nicht überall auf der Erde gleich ist. uch das elief (Gebirge, Flachländer) und die Land-Wasserverteilung sowie die kalten und warmen Meeresströme wirken sich auf das Klima aus. on grundlegender Bedeutung aber auch im inblick auf das Wetter sind die onneneinstrahlung und die physikalischen Eigenschaften der Luft und des Wassers. Die onneneinstrahlung bewirkt, dass sich die bodennahen Luftschichten erwärmen. Land erwärmt sich schneller als Wasser, deshalb kommt es zu nterschieden. Warme Luft steigt auf und kühlt in höheren Luftschichten ab. Die relative Luftfeuchtigkeit, gemessen in Prozent der maximal möglichen Luftfeuchtigkeit, steigt. Wird der ättigungspunkt (100 % Luftfeuchtigkeit) erreicht, kommt es zur Kondensation. Es bilden sich Wolken und es kommt zu Niederschlag. Zur Kondensation müssen jedoch sogenannte Kondensationskerne, also taubteilchen, in der Luft vorhanden sein. Bei großer Luftverschmutzung kommt es verstärkt zu Niederschlägen. Wäre die Luft staubfrei, könnte keine Kondensation eintreten.

3 10 von 34 M2 II Luft! Wir untersuchen dieses unsichtbare Gemisch genauer Wir können Luft zwar nicht direkt sehen oder anfassen, allerdings ist sie nicht nichts. ie besteht vor allem aus tickstoff (78 %), auerstoff (21 %) und noch einigen anderen Gasen wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid. Findet hier heraus, was Luft alles kann! ufgabe 1: Führt die folgenden ersuche nach der nleitung durch, notiert eure Beobachtungen und versucht, eine Erklärung zu jedem ersuch zu inden. ersuch 1: Die Luft braucht ihren Platz. Das benötigt ihr pro Gruppe 1 chüssel mit Wasser 1 Glas und 1 Korken o führt ihr den ersuch durch 1. Füllt die chüssel mit Wasser und lasst den Korken auf dem Wasser schwimmen. 2. altet das Glas senkrecht mit der Öffnung nach unten über den Korken und drückt das Glas über dem Korken langsam ins Wasser. Beobachtungen Was passiert mit dem Korken, wenn das Glas nach unten ins Wasser gedrückt wird? Erklärung Woraus besteht Luft? Die Erde ist von einer Lufthülle von ca. 10 km Dicke umgeben. Diese Lufthülle wird tmosphäre genannt. ier spielen sich auch die physikalischen Prozesse ab, die man als Wetter bezeichnet. Die Luft ist ein Gemisch aus vielen verschiedenen Gasen. Einen sehr wichtigen nteil macht neben dem tickstoff (78 %) der auerstoff (21 %) in der Luft aus. hne ihn könnten Menschen, Tiere und Planzen nicht überleben. Man kann die Luft auch als gasförmigen Körper bezeichnen. Luft besteht aus unterschiedlichen gasförmigen Teilchen. Diese Teilchen bewegen sich ständig frei und ungeordnet im aum. ie beanspruchen dabei einen bestimmten Platz. Dieser Platz kann nicht von anderen Teilchen eingenommen werden. Erwärmt sich die Luft, dann bewegen sich die Teilchen schneller im aum und benötigen mehr Platz. Kühlt die Luft ab, dann bewegen sich die Teilchen langsamer und benötigen weniger Platz.

4 II 13 von 34 Erläuterungen (M 1, M 2) Wie Ihnen ein schülerzentrierter Einstieg in die eihe gelingt Der Einstieg zur nterrichtssequenz zum Luftdruck kann mithilfe der bbildung des Mondes (M 1) erfolgen. Zeigen ie Ihren chülern die Folie mit der Bildüberschrift, aber zunächst ohne das zugehörige Gespräch. Die chüler äußern ihre spontanen Eindrücke und orstellungen. Dieser vom Wetter auf der Erde etwas weit entfernte Einstieg sorgt einerseits durch das uslösen eines kognitiven Konlikts bei Ihren chülern für ein gesteigertes Interesse, andererseits sollten ie darauf achten, dass die Gespräche nicht allzu weit zu einem anderen Thema abdriften (aumfahrt, liens, etc.). Bemerken ie, dass Ihre chüler keine hilfreichen Ideen mehr äußern, dann fahren ie mit dem zweiten Teil, dem kurzen Gespräch auf dem Folienvorschlag, fort. Die Durchführung der ersuche Bevor die ersuche durchgeführt werden, sollten ie mit Ihren chülern erhaltensregeln besprechen, damit der mgang mit dem Wasser unproblematisch ist. In jeder chülergruppe muss geklärt werden, wer das Wasser holt und in die chüssel gießt und wer den ersuch als Erster durchführt. Zu ersuch 3: Es sollte darauf hingewiesen werden, dass der trohhalm auf jeden Fall über dem Gefäß bleiben muss, wenn er aus dem Wasser herausgenommen wird. obald der Finger nämlich weggenommen wird, ließt das Wasser aus dem trohhalm heraus und eine kleine Überschwemmung im Klassenraum wäre die Folge. Dieser ersuch kann auch sehr gut als kleine ausaufgabe aufgegeben werden. Das Gewicht von Luft iele Kinder können sich selbst im lter von 12 Jahren noch nicht intuitiv vorstellen, dass Luft ein bestimmtes Gewicht besitzt. Ein Liter Luft wiegt allerdings etwa 1,3 g. Man kann Luft nicht sehen und nur manchmal spüren. Generell werden Gase im ergleich zu Feststoffen oder Flüssigkeiten nicht so deutlich als Materie wahrgenommen. ls Einstieg ins Thema bietet das Modell mit der Ballonwaage eine gute Möglichkeit, um das Gewicht von Luft zu veranschaulichen. llerdings sollten ie als Lehrkraft beachten, dass er fachlich nicht ganz eindeutig ist und die hier ebenso wirkende uftriebskraft vernachlässigt wird. Lösungen (M 2) ersuch 1: Im Glas beindet sich Luft. Der Korken wird von der Luft im Glas nach unten gedrückt. Die Luft im Glas nimmt aum ein, sodass kein Wasser eindringen kann. ie übt Druck auf den Korken aus. Luft kann also drücken. ersuch 2: Wenn man das Glas senkrecht nach unten ins Wasser eintaucht, kann kein Wasser ins Glas eindringen. Die Luft im Glas verhindert, dass Wasser eindringt. Deshalb bleibt das Taschentuch trocken. Wenn man das Glas schräg hält, steigen Luftblasen auf. Die Luft aus dem Glas entweicht und Wasser dringt ein. Das Taschentuch wird nass. ersuch 3: olange der Finger auf der Öffnung des trohhalms liegt, kann keine Luft von oben in den trohhalm eindringen. Der Druck der Luft von unten reicht aus, um das Wasser im trohhalm zu halten. Wenn die Öffnung des trohhalms oben freigegeben wird, drückt Luft von oben mit der gleichen tärke wie von unten in den trohhalm. Das Wasser, das schwerer ist als Luft, ließt aus dem trohhalm heraus. ersuch 4: Das Mobile mit den beiden Luftballons neigt sich nach Entlüften eines Luftballons auf die eite des noch intakten Ballons, da Luft ein bestimmtes Gewicht hat und der gefüllte Ballon somit schwerer ist.

5 16 von 34 II Zusatzaufgabe für Prois Welche ätze gehören zusammen? Überprüfe dein Wissen, indem du die richtigen Paare indest. rdne jeweils ein atz mit einer Zahl (oben) einem atz mit einem Buchstaben (unten) zu. 1 Luft ist nicht nichts. Luft besteht aus 2 Wenn sich die Luft erwärmt, beanspruchen die gasförmigen Teilchen der Luft mehr Platz und somit steigt sie auf. Der Luftdruck am Boden sinkt dabei. 3 Die gasförmigen Teilchen bewegen sich im aum. ie beanspruchen also einen gewissen Platz. 4 Wenn wir draußen auf dem chulhof stehen, umgibt uns eine ganze Menge Luft. 5 Der Luftdruck ist also das pro Flächeneinheit berechnete Gewicht der Luftsäule, die sich senkrecht über der Fläche beindet. a) Kühlt sich die Luft ab, dann sinkt sie wieder ab. Der Luftdruck am Boden steigt. b) Er wird in ektopascal (hpa) gemessen. c) verschiedenen Gasen. Bestandteile der Luft sind vor allem tickstoff (78 %) und auerstoff (21 %). d) Dieser Platz kann nicht von anderen Teilchen eingenommen werden. e) Diese große Menge an gasförmigen Teilchen hat aufgrund der chwerkraft auf der Erde natürlich auch ein ganz bestimmtes Gewicht und drückt sozusagen auf unsere Köpfe.

6 20 von 34 II ufgabe 3 Bringe einen Teebeutel zum Fliegen! Doch geht das überhaupt? Wenn du die folgenden chritte nacheinander durchführst, wirst du es herausinden. Das benötigt ihr 1 Doppelkammer-Teebeutel 1 Teller aus Keramik extralange treichhölzer 1 chere o führt ihr den ersuch durch 1. chneidet den Teebeutel unterhalb der Klammer auf. Dann schüttet ihr den Inhalt aus. Wenn ihr den Teebeutel jetzt ganz auffaltet, erhaltet ihr eine schmale öhre. Teebeutel-öhre 2. tellt diese öhre aufrecht auf den Keramikteller. Zündet mit einem treichholz die leere Teebeutel-öhre am oberen and an. chtung: chtet darauf, dass auf eurem Tisch keine anderen brennbaren Gegenstände (Papier, olz, Plastik) mehr herumliegen! Erst dann zündet ihr die öhre an. Beobachtungen Erklärung Wusstest du schon, dass die Brüder Montgoliere 1783 als erste einen bemannten eißluftballon in die öhe steigen ließen? Er hieß wie auch ihre Erinder Montgoliere.

7 II 25 von 34 Was ist Wind und wie entsteht er? M8 Wind kennt jeder! b beim Drachensteigen, beim pazierengehen oder beim Fahren auf einem chiff er begegnet uns, sobald wir einen Fuß vor die austür setzen. Wie er entsteht, indest du hier heraus! Wind eine Folge von Luftströmungen Wind ist das trömen von Luft in eine bestimmte ichtung. Er entsteht durch das Zusammenspiel von onne, Erde und der Erdatmosphäre. Durch die eintreffende onnenenergie werden die Erdoberläche (Kontinente und Meere) und somit auch die darüberliegenden Luftschichten unterschiedlich stark erwärmt. Landmassen erwärmen sich schneller als Wassermassen. Erwärmte Luft dehnt sich aus und steigt auf. Dadurch werden kältere Luftmassen mit höherer Dichte verdrängt. Diese füllen wiederum den frei gewordenen aum am Boden aus (siehe Graik). Luft strömt also von Gebieten mit hohem Luftdruck in Gebiete mit niedrigem Luftdruck. Es entsteht eine usgleichsströmung. Die warme Luft über dem Land steigt auf und es entsteht ein Tiefdruckgebiet. Dadurch ließt die kältere eeluft zum Land. Es herrscht eewind. Merke: Je größer die Druckunterschiede zwischen den Luftmassen, desto stärker weht der Wind. Man spricht von der Windgeschwindigkeit. ie ist größer bei großen Druckunterschieden. ufgabe Nachts kühlen sich die Landmassen schneller ab als das Wasser. Welche Folgen könnte das haben? Ein typisches Phänomen aus dem lltag Einige Duschen haben einen Duschvorhang, um das erspritzen von Wasser im Badezimmer zu verhindern. Manchmal passiert es dann, dass beim Duschen mit warmem Wasser der Duschvorhang an den Beinen klebt. ersuche zu erklären, wie es dazu kommt.

8 II 31 von 34 Erläuterungen (M 11) Wie Ihnen ein schülerzentrierter Einstieg gelingt ie können als Einstieg die Folienvorlage mit der Wetterkarte sehr gut als Impuls zur Weiterarbeit in der nterrichtsstunde einsetzen. Möglicherweise haben einige chüler orwissen in Bezug auf ochdruck- und Tiefdruckgebiete oder die Isobaren in einer Wetterkarte. Decken ie zunächst den oberen Teil der Folie ab und lassen ie Ihre chüler zunächst eigene Äußerungen machen. alten ie diese gegebenenfalls an der Tafel zur isualisierung fest. Denkbar wäre hier auch ein kurzer Podcast zur aktuellen Wetterlage oder ein kurzer usschnitt aus einem Wetterbericht aus dem Fernsehen. Dazu benötigen ie dann allerdings die notwendige technische usstattung (P, Beamer, ggf. Internetanschluss). Informationen zur Wetterkarte Isobaren sind Linien, die rte gleichen Luftdrucks verbinden, denn der Luftdruck auf der Erde ist nicht überall gleich groß. Gebiete mit niedrigem und hohem Druck sind auch nicht immer an derselben telle. Ihre chüler benötigen zunächst nicht alle ymbole, die auf einer professionellen Wetterkarte gefunden werden können (siehe nterrichtsassistent). In der dargestellten Wetterkarte inden sich die Fronten der Luftschichten (Kalt-, Warmfront) und die erteilung der och- und Tiefdruckgebiete mit den Isobaren wieder. uch sind einige Wettersymbole zu sehen. ls ausaufgabe könnten Ihre chüler nach weiteren Wetterkarten usschau halten (z.b. aus der Tageszeitung). uch können sie sich darüber im Internet informieren, wie Meteorologen das Wetter bestimmen und was Wetterstationen sind. Die Entstehung von och- und Tiefdruckgebieten Zwischen den ochdruckgebieten und dem Tiefdruckgebiet besteht ein Druckgefälle. Bei aufsteigender Luftbewegung verringert sich der Druck, den die Luft auf die Erdoberläche ausübt. Man spricht von tiefem Druck. Bei absteigender Luftbewegung wird der Druck größer, man spricht von hohem Druck. Bei ochdruckwetterlagen ist der immel wolkenlos. Das entstehende Druckgefälle wird durch eine Luftbewegung, den Wind, ausgeglichen. Der Erdboden wird tagsüber durch die onneneinstrahlung stark erwärmt. Nachts kann allerdings Wärmestrahlung vom Erdboden ungehindert in den Weltraum entweichen. Deshalb sind sternenklare Nächte im Winter sehr kalt. Tiefdruckgebiete sind mit Niederschlägen verbunden. Lösungen (M 11) ufgabe 1: sonnig leicht bewölkt bewölkt bedeckt egen chnee chauer Gewitter ufgabe 2: Je dichter die Isobaren beieinander liegen, desto größer sind die Druckunterschiede und desto größer sind die Windgeschwindigkeiten. In Berlin müsste es daher ziemlich windig sein.