Druckunterschied und Windgeschwindigkeit

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1 Druckunterschied und Windgeschwindigkeit Stand: Jahrgangsstufen 8 Fach/Fächer Benötigtes Material Physik Atlas Kompetenzerwartungen Schülerinnen und Schüler erklären in Kontexten aus Technik und Natur Druckänderungen eines Gases mithilfe halbquantitativer Aussagen über die Abhängigkeit des Drucks von Temperatur und Volumen. Sie identifizieren Bereiche höheren und niedrigeren Drucks und erkennen Druckunterschiede als Ursache für Teilchenströme. Aufgabe Auf Wetterkarten, wie man sie z. B. in Zeitungen abgedruckt sieht, erkennt man durchgezogene Linien, an denen Zahlen stehen. Diese Linien heißen Isobaren. Orte, die auf der gleichen Isobare liegen, haben alle denselben Luftdruck. Die Zahl gibt den Luftdruck in der Einheit hpa (Hektopascal) an. a) Formuliere eine Je- desto- Beziehung, die den Zusammenhang von Druckdifferenz (auf einer bestimmten Distanz) und Windgeschwindigkeit angibt. Nutze dazu den nebenstehenden Lexikoneintrag. b) Erläutere den Umstand, dass gerade auf dem Meer hohe Windgeschwindigkeiten erreicht werden können. Wetterlexikon Isobaren So nennt man Linien gleichen Luftdruckes, die auf Wetterkarten die verschiedensten Formen annehmen können. Sie werden in Abständen von 5 hpa Luftdruckdifferenz gezeichnet und geben ein Bild von der Luftdruckverteilung, bezogen auf das Meeresspiegel-Niveau. Der Abstand der Isobaren gibt einen Hinweis auf die Stärke des horizontalen Druckgefälles in einem Gebiet. Bei dicht aneinander liegenden Isobaren ist so mit starken Winden oder Sturm zu rechnen. Aus (Stand ) Seite 1 von 5

2 Betrachte die abgebildete Wetterkarte. c) Erstelle eine Legende der einzelnen Symbole, insbesondere der fett gezeichneten Linien mit Dreiecken und Halbkreisen. Recherchiere ihre Bedeutung. d) Gib jeweils eine Gegend Europas an, in der am Tag der hier dargestellten Wetterlage mit sehr starkem bzw. mit sehr schwachem Wind zu rechnen ist. e) Bestimme den Maßstab der abgebildeten Wetterkarte. Dazu kannst du einen Atlas verwenden oder du recherchierst die Distanz zweier Orte auf der Karte. Seite 2 von 5

3 f) Schätze zunächst für die Umgebung der Orte London, Moskau sowie Berlin die Druckdifferenz je in hpa ab und bestimme dann mithilfe des nebenstehenden Diagramms für diese Orte die Windstärke B in der Einheit Bft (Beaufort). Für die Windstärke B (in Bft) und die Windgeschwindigkeit v (in m/s) gilt in etwa die Beziehung g) Bestimme für die gegebene Wetterlage mithilfe dieser Beziehung für London, Moskau und Berlin die jeweilige ungefähre Windgeschwindigkeit v in km/h.. Quellen- und Literaturangaben Idee, Wetterkarte und Diagramm entnommen aus Netzwerk Naturwissenschaft und Technik BW, Schroedel-Verlag 2007, S (Stand ) (Stand ) Hinweise zum Unterricht In dieser Aufgabe steht nicht im Vordergrund, Erkenntnisse mit dem Teilchenmodell zu gewinnen, sondern vielmehr sollen Kompetenzen aus dem Bereich Kommunizieren in den Blick genommen werden. Insbesondere sollen die Lernenden Informationen aus Quellen entnehmen, diese Informationen verarbeiten und hierbei mit unterschiedlichen fachtypischen Darstellungsformen umgehen lernen. Die Teilaufgaben zur Beaufortskala können zur Binnendifferenzierung im Unterricht verwendet werden. Sie eignen sich auch als Einstieg in weitere meteorologische Betrachtungen. Seite 3 von 5

4 Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler a) Je höher der Druckunterschied über eine bestimmte Distanz ist, desto höher ist die Windgeschwindigkeit. b) Erhebungen, Berge, große Wälder usw. stellen Widerstände für den Wind dar und können die Windgeschwindigkeit verringern. An Küsten und auf Meeren können sich die Luftmassen hingegen ungehindert bewegen; große Windstärken können die Folge sein. c) Kaltfront in Bodennähe Kaltfront in der Höhe Okklusion in Bodennähe Okklusion in der Höhe Warmfront in Bodennähe H Hochdruckgebiet Warmfront in der Höhe T Tiefdruckgebiet Alle weiteren Symbole der Karte entsprechen nicht den internationalen Festlegungen und sind selbsterklärend. Kaltfront Warmfront Okklusion Luftmassengrenze, der im Allgemeinen eine Abkühlung folgt. Dabei schiebt sich kalte Luft keilförmig unter die wärmere Luftmasse. Luftmassengrenze, die hinter der wärmeren Luft folgt. Zusammentreffen von Kalt- und Warmfront d) Sehr starker Wind: Skandinavien; da die Isobaren hier eng beieinander liegen. Sehr schwacher Wind: Polen; da die Isobaren hier sehr weit auseinander liegen. e) Maßstab in etwa 1 : , d. h. 1 cm auf der Karte entspricht ca. 400 km in der Wirklichkeit. f) Um die Windstärke abzuschätzen, wird die Distanz zweier benachbarter Isobaren, zwischen denen der gegebene Ort liegt, bestimmt und die Druckdifferenz je berechnet. Mit diesem Wert bestimmt man im gegebenen Diagramm die Windstärke in Bft. Für Orte, die direkt auf einer Isobare liegen, kann man die benachbarten Isobaren dieser Isobare heranziehen und den mittleren Isobaren-Abstand berechnen, um die Windstärke abzuschätzen (siehe Berlin). g) Um die ungefähre Windgeschwindigkeit zu ermitteln, wird die gegebene Formel nach v aufgelöst und der jeweilige B-Wert eingesetzt: Seite 4 von 5

5 Ort Abstand zweier Isobaren in mm (Karte) und km (Wirklichkeit) Druckdifferenz je in hpa Windstärke in Bft Windgeschwindigkeit v / m/s (km/h) London ca. 4 mm/ 160 km 5 hpa auf 160 km ca. 3,1 hpa auf Moskau ca. 9 mm/ 360 km 5 hpa auf 360 km ca. 1,4 hpa auf zwischen 10 (schwerer Sturm) und 11 (orkanartiger Sturm) zwischen 6 (starker Wind) und 7 (steifer Wind) zwischen 25 (90) und 28 (101) zwischen 13 (47) und 16 (58) Berlin (6 mm + 13 mm) : 2 ergibt ca. 10 mm / 400 km 5 hpa auf 400 km ca. 1,3 hpa auf ca. 6 (starker Wind) 13 (47) Anregung zum weiteren Lernen Erstellung eines Wettertagebuchs über einen längeren Zeitraum mit Werten der Temperatur, des Drucks, der Windgeschwindigkeit etc.. Thema Stürme und ihre Folgen (fachübergreifend mit Geographie) Thema Kaltfront, Warmfront, Okklusion und das Wettergeschehen (fachübergreifend mit Geographie) Seite 5 von 5