17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet 1 von 28 Quiz im Urlaub Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet Dr. Manuela Eber-Koyuncu, Kernen Wer reist, erlebt viel. Auf Reisen bewegen wir uns in der freien Natur und haben Zeit, uns unsere Umgebung genauer anzuschauen und Alltagserscheinungen zu hinterfragen. Begeben Sie sich mit Ihren Schülern anhand von Fotos auf eine gedankliche Reise durch die Türkei. Wir betrachten alltägliche Situationen aus physikalischer Sicht und erforschen die Ursachen und Hintergründe der Phänomene. Wieso ist es in Gewächshäusern warm? PowerPoint-Präsentation zum Beitrag auf CD-ROM 23! Fotos im gesamten Beitrag, falls nicht anders angegeben: Dr. Eber-Koyuncu Der Beitrag im Überblick Klasse: 7 bis 10 Dauer: Ihr Plus: 1 2 Stunden ü Unterhaltsame Vermittlung alltagsbezogener naturwissenschaftlicher Erscheinungen ü Geeignet für Vertretungsstunden ü Fachübergreifender Unterricht (Chemie) Inhalt: Material zur Wiederholung und Festigung von bereits behandelten Themen: Kraft, Geschwindigkeit, Impuls, Optik (Streuung, Reflexion, Brechung), Wärmelehre, Luftdruck, Akustik, Elektronik, Alltagsgeräte, Energieversorgung, Materialeigenschaften, Struktur der Materie
2 von 28 17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet Fachliche und didaktisch-methodische Hinweise Das Quiz beruht auf dem Multiple-Choice-Verfahren. So kann man auch, wenn man die Antwort nicht auf Anhieb weiß, mithilfe des Ausschlussverfahrens zur richtigen Lösung gelangen. Nur bei wenigen Fragen reicht es aus, allein das Bild zu betrachten, um die Lösung zu finden. Bei fast allen Fragen ist naturwissenschaftliches Hintergrundwissen gefragt. Am besten setzen Sie das Material kurz vor oder zu Beginn der Ferien ein. Dadurch wiederholen Sie verschiedene physikalische Sachverhalte alltagsbezogen und in einem aufgelockerten Rahmen. Zum anderen stimmen Sie die Lernenden auf die bevorstehenden Ferien ein. Bestimmt haben Ihre Schüler die meisten der dargestellten Situationen selbst schon erlebt. Aber haben sie diese auch bewusst wahrgenommen und die Hintergründe der Phänomene verstanden? Das Quiz motiviert dazu, sich in der freien Zeit die Umgebung einmal genauer anzusehen und Alltagserscheinungen zu hinterfragen. Gliederung Inhaltlich gliedert sich das Quiz in sieben Bereiche: 1. Physik am Flughafen: Hier geht es um die Informationstafel, den Scanner für Gepäckstücke, die Bewegung auf dem Laufband und die Frage, warum Flugzeuge überhaupt fliegen. Außerdem schätzen die Schüler die mittlere Geschwindigkeit des Flugzeuges. Besprechen Sie, warum sich Kondensstreifen bilden, warum das Ohr während des Landeanfluges oft schmerzt und wie die Einschleppung von Krankheiten verhindert wird. 2. Quer durchs Land: Beauftragen Sie Ihre Schüler, während der Ferien Fotos von Erscheinungen zu machen, die sie physikalisch erklären können. Zu Schulbeginn werden die besten Fotos (eventuell sogar in Großformat) in einer öffentlichen Ausstellung in der Schule gezeigt. Wie wird das Zapfventil an der Tankstelle genannt? Warum erscheinen Straßen oft nass, obwohl es nicht geregnet hat, und warum fliegen Heißluftballons? Kann man auf dem höchsten Berg der Türkei, dem Ararat (5165 m), ein Ei hart kochen? Manche dieser Fragen hat sich der ein oder andere aufmerksame Schüler auf einer Urlaubsreise vielleicht schon gestellt. Außerdem beschäftigen sich die Schüler mit Geröll in den Bergen, der Wärme in einem Gewächshaus, den glänzenden Kuppeln einer Moschee und der Form von Wolken bzw. der Farbe des Himmels. 3. Physik auf dem Markt und im Haushalt: Im Urlaub sieht man manchmal, dass die Händler noch mit einer Balkenwaage wiegen. Was wird hier verglichen, die Dichte, Masse oder das Gewicht? Welcher physikalische Vorgang lässt Wäsche trocknen? Warum wird das Gemüse im Schnellkochtopf schneller gar? Und warum macht der Verzehr von Tomatenpaste den Körper weniger empfindlich gegenüber UV-Strahlung? Lassen Sie sich überraschen. Nur eine der vorgeschlagenen Antworten (A, B oder C) ist richtig.
17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet 3 von 28 4. Altes und neues Handwerk praktische Physik: In diesem Abschnitt begegnen die Schüler verschiedenen Handwerkern: einem Schmied, einem Steinmetz, einem Töpfermeister, Malern und Bauarbeitern auf der Baustelle. Unter anderem geht es um die Fragen, warum sich Metall biegen lässt, während Glas oder Keramik zerbrechen, und warum man beim Schleifen besser eine Atemschutzmaske trägt. 5. Rohstoffe und Werkstoffe: Dieser Abschnitt enthält viele Bezüge zur Chemie und Materialwissenschaft. Am Salzsee Tuz Gölü bewundern Ihre Schüler kubische Salzkristalle. Beim Recycling von Abfall (Glasflaschen, Plastikkisten und Metall) muss man beachten, welche chemischen Eigenschaften der Stoff hat. Wer die Dichte von Gold nicht auswendig kennt, nennt einfach einen Schätzwert. Fragen Sie Ihre Schüler, aus welchem Material Isolatoren bestehen und was physikalisch beim Schärfen eines Messers geschieht! 6. Rund um die Technik: Solarzellen, Energiesparlampen, Lautsprecher, Ampeln und sogar Straßenschilder technische Errungenschaften beruhen in weiten Teilen auf physikalischen Prinzipien. Außerdem lernen die Schüler, warum die Flachdachhäuser in der Türkei häufig Dachaufbauten haben und wie ein Umspannwerk aussieht. 7. Am Wasser physikalischen Naturerscheinungen erklären: Auch am Mittelmeer gibt es viel Physik zu erleben. Sonnentaler und das Glitzern der Steine sind ein Beispiel hierfür. Aber auch die Frage, warum Styropor schwimmt oder ein Wasserläufer auf der Wasseroberfläche laufen kann, ist nicht so leicht zu beantworten. Erkennen Ihre Schüler, dass ein in Wasser getauchtes Ruder nicht wirklich geknickt ist, sondern dass es sich hierbei um eine optische Täuschung handelt? Das Quiz endet mit der physikalischen Analyse des Sonnenuntergangs. Hinweise zur Gestaltung des Unterrichts Zur praktischen Durchführung des Quiz: Sie können das Quiz in drei verschiedenen Formen durchführen. Bei allen drei Varianten ist die Art, wie Sie die Bilder präsentieren, gleich. Am besten führen Sie der gesamten Klasse mit einem Beamer die PowerPoint-Präsentation vor, die sich auf CD-ROM 23 befindet. Diese Präsentation enthält alle Farbfotos. Oder Sie zeigen als Einstieg die Farbfolie. Variante 1: Die Klasse schaut sich die Bilder an und findet gemeinsam die richtige Lösung. Variante 2: Sie teilen das Quizblatt (M 1) an jeden einzelnen Schüler aus. Dieser schreibt die Lösung (A, B oder C) selbstständig in die dafür vorgesehene Spalte. Natürlich können Sie auch Kleingruppen bilden. Jede Gruppe erhält dann ein Quizblatt. Am Ende des Quiz kontrollieren Sie mithilfe der Lösungsvorlage (siehe Lösungen M 1, Seite 22) die Ergebnisse. Wählen Sie diese Variante, so können Sie auch Preise für die drei besten Quizmaster oder Quizmastergruppen vergeben. Alle anderen bekommen Trostpreise. Dafür eignen sich z. B. landestypische türkische Süßigkeiten oder getrocknete Früchte, die in jedem türkischen Laden erhältlich sind.
17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet 5 von 28 Bezug zu den Bildungsstandards der Kultusministerkonferenz Allgemeine physikalische Kompetenz Die Schüler Inhaltsbezogene Kompetenzen Anforderungsbereich F 1, F 2, F 4 wenden ihre Kenntnisse kontextbezogen an, II, E 1 K 1, K 2, K 7 können elementare Erscheinungen in der Natur funktional beschreiben, unterscheiden zwischen Beobachtung und physikalischer Erklärung, wenden die physikalische Beschreibungsweise (Fachsprache) auf Beispiele an. II, II, Für welche Kompetenzen und Anforderungsbereiche die Abkürzungen stehen, finden Sie vorn im Heft, hinter der Inhaltsübersicht. Internet Möchten Sie selbst Bingokarten erstellen, können Sie z. B. folgende Webseiten nutzen: http://www.unibingo.de/ http://www.bullshitbingo.net/byo/ Materialübersicht Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt Fo = Folie Fo Unterwegs Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet M 1 Ab Wer wird Quizmaster? r Beamer r Computer M 2 Quiz Unsere Reise geht los, wir fliegen! Physik am Flughafen M 3 Quiz Quer durchs Land Physik in der Natur M 4 Quiz Dörfliches Leben Physik auf dem Markt und im Haushalt M 5 Quiz Altes und neues Handwerk praktische Physik M 6 Quiz Rohstoffe und Werkstoffe Grundlage für Low- und Hightech M 7 Quiz Rund um die Technik, eine der Physik verwandte Disziplin M 8 Quiz Am Wasser physikalische Naturerscheinungen erklären Die Erläuterungen und Lösungen zu den Materialien finden Sie ab Seite 22.
6 von 28 17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet Unterwegs Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet Fotos: Dr. Eber-Koyuncu
17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet 7 von 28 M 1 Wer wird Quizmaster? So spielst du mit: Betrachte jedes Foto. Welche Antwort ist richtig? Schreibe deine Lösung zu jeder Frage (A, B oder C) in die Tabelle. Kannst du eine Frage nicht beantworten, lässt du die Zeile frei. Ziel: Wer die meisten Fragen richtig beantwortet hat, wird Quizmaster. Frage Nr. Antwort Frage Antwort Nr. hier eintragen zum Prüfen hier eintragen zum Prüfen 1 29 2 30 3 31 4 32 5 33 6 34 7 35 8 36 9 37 10 38 11 39 12 40 13 41 14 42 15 43 16 44 17 45 18 46 19 47 20 48 21 49 22 50 23 51 24 52 25 53 26 54 27 55 28 56
8 von 28 17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet M 2 Unsere Reise geht los, wir fliegen! Physik am Flughafen 1 Wohin soll die Reise gehen? Alle notwendigen Informationen findest du auf so einer Tafel. Wie wird diese mechanische Tafel genannt? A LED-Anzeigetafel B Faltblattanzeigetafel C Flüssigkristallanzeigetafel 2 Aus Sicherheitsgründen muss am Flughafen jedes Gepäckstück durch einen Scanner. Welche Strahlung wird zum Durchleuchten des Gepäcks verwendet? A Röntgenstrahlen B Gammastrahlen C Mikrowellen 3 Der Weg zur Abflughalle ist weit. Deshalb benutzen wir ein Laufband. Foto: Pixelio Um welche Art der Bewegung handelt es sich? A gleichmäßig beschleunigt B ungleichförmig C geradlinig gleichförmig 4 Wir fliegen! Wieso aber kann ein Flugzeug überhaupt fliegen? Foto: Pixelio A Durch die besondere Form der Flügel entstehen Druckunterschiede auf Oberund Unterseite. B weil die Luft eine höhere Dichte als das Flugzeug hat C weil das Flugzeug nur aus leichtem Aluminium besteht
17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet 9 von 28 5 Das Display in unserem Flugzeug zeigt diese Informationen an. Wie groß wird die mittlere Geschwindigkeit des Flugzeugs bis zur Landung in etwa sein? A 1160 km/h B 530 km/h C 250 km/h 6 Manchmal sieht man, wie sich hinter einem Flugzeug weiße Streifen bilden. Wie werden sie genannt? A Kondensstreifen B Haufenwolken C Streifenwolken 7 Während das Flugzeug im Landeanflug ist, schmerzt das Ohr oft aufgrund der großen Druckunterschiede. Was passiert? A Der Druckausgleich im Flugzeug funktioniert nicht. B Der Luftdruck nimmt ab. C Der Luftdruck nimmt zu. 8 Um die Einschleppung von Krankheiten zu verhindern, muss im Flughafengebäude jeder Passagier an einer Wärmebildkamera vorbeigehen. Diese zeigt an, ob jemand Fieber hat. Welche Strahlung wird dabei analysiert? A Röntgenstrahlung B Infrarotstrahlung C Mikrowellen
10 von 28 17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet M 3 Quer durchs Land Physik in der Natur 9 Die Reise beginnt. Doch zuvor müssen wir an der Tankstelle volltanken. Wie wird das Zapfventil genannt? A Entenschnabel B Saugrüssel C Schweineschnauze 10 Auf der Straße erscheinen Stellen, die aussehen, als ob es nass wäre. Woran liegt das? A Die Fahrbahn wurde bewässert, um das Haftvermögen der Reifen zu testen. B Es hat zuvor geregnet. C Es ist eine optische Täuschung. 11 In Kappadokien kann man vom Heißluftballon aus die bizarre Vulkanlandschaft bestaunen. Wieso fliegt so ein Ballon? A ρ heiße Luft = ρ kalte Luft B ρ heiße Luft > ρ kalte Luft Foto: Pixelio C ρ heiße Luft < ρ kalte Luft 12 Der Ararat ist mit 5165 m der höchste Berg der Türkei. Der Sage nach soll dort nach der Sintflut die Arche Noah gestrandet sein. Wenn man dort oben ein Ei hart kochen wollte, ginge es schneller oder langsamer als im Tal? A Man kann dort kein Ei kochen. B Es dauert länger. C Es geht viel schneller.
20 von 28 17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet M 8 Am Wasser physikalische Naturerscheinungen erklären 49 Wir sind am Mittelmeer angekommen. Wieso sieht hier das Wasser blau aus, wohingegen Wassertropfen oder Pfützen farblos sind? A Wasser absorbiert Sonnenlicht teilweise. B Der Himmel spiegelt sich im Wasser. C Mikroorganismen im Wasser färben dieses blau. 50 Wir stehen am Strand von Anamur, dem südlichsten Punkt der Türkei. In welcher Höhe befinden wir uns hier in etwa? A minus 100 m B 0 m C 100 m 51 Unter den Strohschirmen bilden sich viele kreisförmige kleine Lichtstellen. Was stellen diese sogenannten Sonnentaler dar? Die Schirmflechtungen selbst haben längliche Spaltöffnungen. A Es sind Reflexionen der Strandliege. B Sie sind ein Abbild der Öffnungen im Sonnenschirm. C Sie sind ein Abbild der Sonne. 52 Werden die Steine am Strand von Wasser umspült, glänzen sie. Woran liegt das? A Wasser glättet die Steinoberfläche. B Wasser geht eine chemische Verbindung mit dem Stein ein. Diese glänzt. C an der Anomalie des Wassers
22 von 28 17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet Erläuterungen und Lösungen Lösungen (M 1): Kopieren Sie diese Seite bitte auf Folie. Frage Nr. Antwort Frage Antwort Nr. hier eintragen zum Prüfen hier eintragen zum Prüfen 1 B 29 B 2 A 30 C 3 C 31 A 4 A 32 C 5 B 33 A 6 A 34 C 7 C 35 B 8 B 36 A 9 B 37 C 10 C 38 B 11 C 39 C 12 B 40 B 13 A 41 B 14 A 42 C 15 B 43 B 16 C 44 B 17 B 45 A 18 C 46 A 19 B 47 B 20 A 48 B 21 B 49 A 22 C 50 B 23 A 51 C 24 A 52 A 25 A 53 C 26 B 54 B 27 A 55 B 28 A 56 A
17. Alltagserscheinungen physikalisch betrachtet 23 von 28 M 2 Unsere Reise geht los, wir fliegen! Physik am Flughafen Bild 1: Faltblattanzeigetafel. Umgangssprachlich wird sie aufgrund der Geräusche, die beim Aktualisieren der Informationen entstehen, auch Klappertafel genannt. Bild 2: Bordgepäck wird mittels Röntgenstrahlung untersucht. In einem sogenannten Röntgenscanner produziert ein Generator die für die Durchleuchtung benötigten Röntgenstrahlen. Mithilfe hochempfindlicher Halbleiter-Detektoren werden die erhaltenen Daten digital gespeichert, in ein Bild umgewandelt und anschließend auf einem Farbmonitor angezeigt. Bild 3: Auf dem Laufband legen wir in gleichen Zeitabständen gleiche Weglängen zurück, und zwar in geradliniger Weise. Deshalb handelt es sich um eine geradlinig gleichförmige Bewegung. Bild 4: Durch eine geeignete Gestaltung des Flügelprofils entsteht Auftrieb. Die Flügel sind an der Nase abgerundet und weisen eine spitze Hinterkante auf. Durch die stärkere Krümmung der Profiloberseite muss die Luft dort einen längeren Weg zurücklegen. Das geht mit höherer Geschwindigkeit einher. So stellt sich auf der Oberseite der Flügel ein kleinerer Druck als auf der Unterseite ein. Das Flugzeug erfährt Auftrieb (Bernoulli-Effekt). Bild 5: Circa 530 km/h. Der noch vor uns liegende Weg hat eine Länge von s = 674 km (= 674 000 m). Die Flugzeit bis zur Landung beträgt noch t = 76 min = 4560 s. Daraus berechnet man die mittlere Geschwindigkeit s 674 000 m m km v = = = 147,81 80 = 532. t 4560 s s h Bild 6: Kondensstreifen. In den Abgasen des Flugzeugs ist Feuchtigkeit enthalten. Die etwa 50 C kalte Luft in Höhen von 7000 bis 9000 m kann nicht viel Wasserdampf aufnehmen. Deshalb kondensiert die Feuchtigkeit. Es bilden sich Eisnadeln, also dünne Wolken. Kondensstreifen werden zu den Cirruswolken gerechnet. Bild 7: Der Luftdruck nimmt bei der Landung zu. Beim Fliegen ist unser Körper einem Druck von etwa 0,6 bar ausgesetzt. An der Erdoberfläche liegt der Luftdruck bei 1 bar. Unser Innenohr ist mit Luft gefüllt und vom äußeren Ohr durch das Trommelfell luftdicht getrennt, jedoch über die sogenannten eustachischen Röhren mit der Außenwelt verbunden (diese bewirken Druckausgleich). Bei zu schnellen Änderungen des Luftdrucks entsteht allerdings eine Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenohr, die das Trommelfell belastet (Schmerzempfinden). Bild 8: Eine Thermalkamera analysiert Strahlung im Infrarotbereich. Alle Objekte senden Wärmestrahlung aus. Infrarotkameras nutzen Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,78 1000 µm, also wenig oberhalb der sichtbaren Wellenlänge. Die Kamera hat einen Sensor, der die Wärmestrahlung empfängt und sie in elektrische Signale umwandelt, welche dann wiederum in ein Bild umgewandelt werden. So ist es möglich, Strahlung zu sehen, die sonst dem Auge verborgen bleiben würde. Je größer die Temperaturdifferenz ist, desto größer ist auch der Kontrast. M 3 Quer durchs Land Physik in der Natur Bild 9: Das Zapfventil nennt man auch Saugrüssel, da es gefährliche Dämpfe wieder einsaugt. Diese Dämpfe werden in unterirdische Tanks geleitet. Der Schlauch ist dazu doppelwandig. Durch den inneren Schlauch strömen die Dämpfe zurück in den Tank und durch den äußeren Schlauch fließt der Kraftstoff zum Auto. Die Dämpfe werden später vom Tankwagen mitgenommen und entsorgt. Bild 10: Es ist eine optische Täuschung. Sonnenstrahlen erhitzen die Straßenoberfläche und die Luft darüber. Warme Luft steigt nach oben, sie hat eine geringere Dichte als kalte Luft. Es entstehen Luftwirbel, da die warme Luft über der Straße nicht gleichmäßig