46 02767 Didaktische FWU-DVD Körper in Bewegung Kreisbewegung
Zur Bedienung Die didaktische DVD startet automatisch. Der Vorspann kann mit der Enter- oder der Skip-Taste der Fernbedienung oder durch einen Mausklick am PC übersprungen werden. Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung können Sie die Menüpunkte (z. B. Film, Filmsequenz, Bild etc.) ansteuern und mit Enter starten. Auch die Buttons am unteren Bildschirmrand steuern Sie mit den Pfeiltasten an und rufen diese mit Enter auf: Der Button Hauptmenü führt zurück zum Hauptmenü. Der Button zurück führt zum jeweils übergeordneten Menü. Die meisten Bildschirmtafeln bieten den Button Info ein bzw. Info aus, über den Sie Zusatzinformationen ein-/ausblenden können. Stehen innerhalb eines Menüpunktes mehrere Bilder oder Grafiken zur Verfügung, können Sie mit den Buttons > und < zwischen diesen Bildern oder Grafiken vor- und zurückblättern. Aus dem laufenden Film oder einer laufenden Filmsequenz gelangen Sie mit der Taste Menu oder Title der Fernbedienung wieder in das Ausgangsmenü zurück. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler führen Bewegungsänderungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurück. erläutern die Bedeutung des Trägheitsgesetzes und des Wechselwirkungsgesetzes. beschreiben den Unterschied zwischen einem Inertialsystem und einem beschleunigten Bezugssystem. wenden ihre Kenntnisse über die Kreisbewegung im Inertialsystem und im beschleunigten Bezugssystem in konkreten Sachzusammenhängen an. entwickeln auf der Grundlage von Beobachtungen (z.b. an Alltagsgegenständen) verallgemeinernde Hypothesen zu Kraftwirkungen und überprüfen diese experimentell. nutzen physikalisches Wissen zum Bewerten von Risiken und Sicherheitsmaßnahmen im Alltag (Einflussfaktoren bei Kurvenfahrten im Straßenverkehr). diskutieren Arbeitsergebnisse und Sachverhalte (z. B. alltagsbezogene Beispiele) unter physikalischen Gesichtspunkten. 2
Zum Inhalt Körper in Bewegung Kreisbewegung Film (21 min) Bewegungen in der Natur sind meistens sehr komplex. So auch die gleichförmige Kreisbewegung. Durch das vereinfachende Modell eines Massepunktes kann man sie jedoch sehr gut beschreiben. Auf sehr unterhaltsame Weise wird in diesem Film erklärt, was eine Kreisbewegung ausmacht und wie und wo hier Kräfte wirken. Weiterhin wird der Unterschied zwischen beschleunigten und ruhenden Bezugssystemen erläutert und mit Alltagsbeispielen veranschaulicht. Die dort jeweils wirkenden (Schein)Kräfte werden genauer unter die Lupe genommen und verglichen. Den Abschluss bildet die Corioliskraft. Ihre Entdeckung mittels des foucaultschen Pendels und ihre Ausprägung auf der Erde werden im letzten Teil des Filmes behandelt. 3
Menü Kreisbewegung im ruhenden Bezugssystem (Sequenzen / Bilder) Ruhe und Bewegung (Filmsequenz 1:00 min) Wenn ein Körper seine Lage gegenüber einem anderen Körper nicht verändert, ist er in Ruhe. In Bezug zum Universum ist er auf der Erde jedoch nie in Ruhe. Man betrachtet Bewegung und Ruhe also relativ. Modell Massepunkt (Filmsequenz 1:00 min) Bewegungen von Körpern sind meist sehr komplex und können kaum komplett beschrieben werden. Das Modell Massepunkt ist ein Modell für einen realen Körper und so eine Vereinfachung der Wirklichkeit. Dadurch können viele Berechnungen und Beschreibungen erleichtert werden. Gleichförmige Kreisbewegung (Filmsequenz 1:20 min) Bewegt sich ein Körper auf einer Kreisbahn mit konstanter Geschwindigkeit, so nennt man seine Bewegung gleichförmige Kreisbewegung. Sie kann physikalisch genau beschrieben werden. Kurvenkräfte (Filmsequenz 6:50 min) Erst eine Kraft ruft eine Bewegungsänderung hervor, das heißt, sie macht einen Körper schneller oder langsamer oder lenkt ihn aus seiner Richtung ab. Soll sich ein Körper im Kreis bewegen, muss er 4
dauernd seine Richtung ändern. Es muss also ständig eine Kraft auf ihn wirken. Diese Kraft ist zum Kreismittelpunkt gerichtet und heißt Zentripetalkraft. Gleichförmige Kreisbewegung (Bild) Am Bild eines Riesenrads können die wichtigsten Parameter einer Kreisbewegung erarbeitet werden. Über Info-ein kann man diese abrufen. Zentripetalkraft (Bild) Die Zentripetalkraft bewirkt die Richtungsänderung eines sich im Kreis bewegenden Körpers. Sie kann hier an einem Bild eines Karussells erarbeitet werden. Über Info-ein erscheint ein erläuternder Text. Kreisbewegungen aus unterschiedlichen Bezugssystemen (Filmsequenz 1:40 min) Je nachdem, ob man sich in einem beschleunigten oder in einem ruhenden Bezugssystem befindet, kann man bestimmte Kräfte wahrnehmen. Im beschleunigten Bezugssystem wirkt zusätzlich zur Zentripetalkraft auch noch die Zentrifugalkraft. Im ruhenden Bezugssystem hingegen wirkt nur die Zentripetalkraft. Menü Kreisbewegung im beschleunigten Bezugssystem (Sequenzen / Grafik / Bild) Inertialsystem und beschleunigtes Bezugssystem (Filmsequenz 4:10 min) In einem beschleunigten Bezugsystem gibt es Scheinkräfte wie zum Beispiel Trägheitskräfte. Hier gilt das newtonsche Trägheitsgesetz nicht. In einem ruhenden Bezugssystem, einem Inertialsystem, gibt es keine Scheinkräfte. Hier gilt das newtonsche Trägheitsgesetz. Foucaultsches Pendel und Corioliskraft (Filmsequenz 4:10 min) Dass sich die Erde dreht, konnte im Jahr 1851 mithilfe des foucaultschen Pendels nachgewiesen werden. Hier verändert eine Scheinkraft die Pendelebene die Corioliskraft. Sie wirkt auch auf der Erde. Und auch im Kleinen wie beispielsweise auf einem Karussell wird sie sichtbar. 5
Beschleunigtes und ruhendes Bezugssystem (Grafik) Auf dieser Tafel werden die Eigenschaften des beschleunigten und des ruhenden Bezugssystems noch einmal zur Übersicht gegenübergestellt. Zentrifugalkraft (Bild) Die Zentrifugalkraft, auch Fliehkraft genannt, ist eine Trägheitskraft, die ein Beobachter wahrnimmt, der sich in einem rotierenden Bezugssystem befindet. Sie kann hier an einem Bild eines Karussells erarbeitet werden. Über Info-ein erscheint ein erläuternder Text. Interaktion im ROM-Teil Kräfte im Karussell In der Interaktion können die Schülerinnen und Schüler die an einem Karussell wirkenden Kräfte selbstständig untersuchen. Dazu können die Parameter Umlaufzeit, Kettenlänge ; Masse und der Abstand von der Drehachse variiert werden. 6
Verwendung im Unterricht Die didaktische DVD ist für den Physik- Unterricht sowohl für die Sekundarbereich I ab Klasse 7 als auch den Sekundarbereich II konzipiert. Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Überblick über die Kräfte, die bei einer Kreisbewegung wirken und verschiedene Bezugssysteme. Die didaktische DVD behandelt folgende Themenschwerpunkte: Gleichförmige Kreisbewegung Kurvenkräfte Beschleunigung Inertialsystem und beschleunigtes Bezugssystem Zentrifugalkraft Zentripetalkraft Foucaultsches Pendel Corioliskraft Die Vielzahl der Medien (Film, Sequenzen, Bilder, Grafiken) kann in verschiedenen Unterrichtseinheiten eingesetzt werden. Es ist hilfreich, sich zunächst die Programmstruktur zur Hand zu nehmen, die einen guten Überblick über die auf der DVD vorhandenen Medien gibt. Ergänzend werden im ROM-Teil der DVD zahlreiche Arbeitsblätter als PDF-Dateien angeboten sowie eine Interaktion, die eine motivierende, spielerische Erarbeitung und Vertiefung der Lerninhalte fördert. Die Datei unter der Rubrik Verwendung im Unterricht gibt Hinweise zum Einsatz im Unterricht sowie detaillierte Beschreibungen der einzelnen auf der DVD vorhandenen Materialien. Methodische Hinweise Der ROM-Teil dieser DVD enthält neben den umfangreichen Arbeitsmaterialien auch die Arbeitsblätter und den Filmkommentar als PDF- und Word-Dokument. Die PDF-Dateien können ausgedruckt werden. Die PDF-Dateien zum Ausfüllen können direkt am Computer ausgefüllt, abgespeichert und ausgedruckt werden. Die Word-Dateien (im Ordner Arbeitsmaterial/Lehrer/Word_Dateien ) können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Das Word-Dokument mit dem Sprechertext kann dazu dienen, Alternativen zum Kommentartext des Films zu entwickeln oder ggf. Teile zu übernehmen. 7
Arbeitsmaterial Auf der DVD stehen Ihnen Hinweise zur Verwendung im Unterricht, eine anschauliche Interaktion, Arbeitsblätter (mit Lösungen) und ein umfangreiches Angebot an weiteren ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Diese Elemente ermöglichen zusätzliche Formen des schülerzentrierten Arbeitens. Um die Arbeitsmaterialien zu sichten und auszudrucken, legen Sie die DVD in das DVD-Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner Arbeitsmaterial. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Über diese können Sie bequem alle Arbeitsmaterialien aufrufen. Die Materialien stehen in der Regel als PDF-Dokumente zur Verfügung. Am unteren Rand der aufgerufenen Seiten finden Sie Buttons ( Inhaltsverzeichnis und Startseite ), die Ihnen das Navigieren erleichtern. Die Buttons erscheinen nicht im Ausdruck. Um die PDF-Dateien lesen zu können, benötigen Sie den Adobe Reader im Ordner Adobe. Übersicht der Arbeitsmaterialien im DVD-ROM-Teil: Verwendung im Unterricht Arbeitsblätter Interaktion Grafiken Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht 5 Arbeitsblätter (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen) Ruhe und Bewegung Kreisbewegung in einem ruhenden Bezugssystem Kurvenfahrten Inertialsystem und beschleunigtes Bezugssystem Kreuzworträtsel Kreisbewegung Kräfte im Kettenkarussell 4 Grafiken Inertialsystem Corioliskraft auf der Erde Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft (mit Kraftpfeilen) Filmkommentar als PDF- und Word-Dokument ausführliches Begleitheft zur DVD Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien kommentierte Linksammlung zum Thema 8
Arbeitsblatt 46 02767 Körper in Bewegung Kreisbewegung Arbeitsblatt 4 Inertialsystem und beschleunigtes Bezugssystem 1. Vergleiche die Kreisbewegung in einem Inertialsystem und in einem beschleunigten Bezugssystem, indem du die Aussagen den beiden Bildern zuordnest. Bild 1: Sven steht auf der Drehscheibe Bild 2: Sven steht neben der Drehscheibe Bild 1 Bild 2 Die Kugel bewegt sich auf einer Kreisbahn. Die Kugel befindet sich in Ruhe. Sven stellt eine nach außen wirkende Zentrifugalkraft fest. Es handelt sich hier um ein Inertialsystem. Es handelt sich hier um ein beschleunigtes Bezugssystem. Die Kugel wird durch die Zentripetalkraft auf der Kreisbahn gehalten. Reißt der Faden, bewegt sich die Kugel radial weiter. Reißt der Faden, bewegt sich die Kugel tangential weiter. 2. Die Corioliskraft Zeichne die Corioliskraft in das Bild ein und beschreibe ihren Einfluss. 9
Programmstruktur Untermenüs Hauptmenü Körper in Bewegung Kreisbewegung Kreisbewegung im ruhenden Bezugssystem Sekundarbereich I undii Ruhe und Bewegung Modell Massepunkt 1:00 min 1:00 min Körper in Bewegung Kreisbewegung Film 21 min Gleichförmige Kreisbewegung Kurvenkräfte 1:20 min 6:50 min Kreisbewegung im ruhenden Bezugssystem Sekundarbereich I und II Sequenzen/Bilder Gleichförmige Kreisbewegung Bild Kreisbewegung im beschleunigten Bezugssystem Sequenzen/Bild/Grafik Sekundarbereich II Zentripetalkraft Bild Arbeitsmaterial Kreisbewegung im beschleunigten Bezugssystem Sekundarbereich II Arbeitsmaterial (im ROM-Teil der DVD) Legen Sie die DVD in das DVD- Laufwerk Ihres Computers und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner Arbeitsmaterial. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Verwendung im Unterricht 5 Arbeitsblätter (mit Lösungen) 1 Interaktion 4 Grafiken Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links Inertialsystem und beschleunigtes Bezugssystem Kreisbewegung aus unterschiedlichen Bezugssystemen Foucaultsches Pendel und Corioliskraft Beschleunigtes und ruhendes Bezugssystem Zentrifugalkraft 4:10 min 1:40 min 4:10 min Grafik Bild 10
Produktionsangaben Körper in Bewegung Kreisbewegung (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2011 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design TV Werk München im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2011 Bildnachweis istock: Andrzej Drozdza Fotolia: fotoman Fotolia: Panama Interaktion MMCD Arbeitsmaterial Roland Bergmann Begleitheft Dr. Maike Schuchmann Pädagogische Referentin im FWU Dr. Maike Schuchmann Produktionsangaben zum Film Körper in Bewegung Kreisbewegung Produktion SchwabenFilm im Auftrag des FWU Institut für Film, 2011 Buch und Kamera Markus Matschke Regie Sven Falge, Markus Matschke Schnitt Steffen Kayser Animation Steffen Kayser, Markus Matschke, Velina Hrsitova Fachberatung Roland Bergmann Redaktion Dr. Maike Schuchmann Vielen Dank an Erlebnispark Tripsdrill in.stuttgart Veranstaltungsgesellschaft Karolina Manitz Thomas Heibel Dieter Arnold Michael Grau Thomas Matschke Roxanne Wenske Hoai Wick Agata Jablonka Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2011 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089) 6497-240 E-Mail info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet www.fwu.de 11
Didaktische FWU-DVD 46 02767 Körper in Bewegung Kreisbewegung Bewegungen in der Natur sind meist sehr komplex. Die Bewegung eines Körpers auf einer gekrümmten Bahn kann durch das Modell des Massepunktes gut beschrieben werden. Auf ihn wirkende Kräfte Kurvenkräfte und Trägheitskräfte werden auf dieser nach Sekundarstufen differenzierten didaktischen DVD ebenso erklärt wie die Corioliskraft und das Foucault sche Pendel. Unterhaltsame Beispiele erleichtern den Zugang zu diesem Feld der Mechanik. Im ROM-Teil der DVD stehen Arbeitsblätter, eine Interaktion, didaktische Hinweise und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2011 Laufzeit: 21 min Film: 1 Filmsequenzen: 7 Bilder: 3 Grafik: 1 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Unterrichtsmaterialien 5 (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen) Interaktion: 1 Adressaten: Allgemeinbildende Schule (Klasse 7-12); Erwachsenenbildung Schlagwörter: Beschleunigung, Bewegung, Bezugssystem, Corioliskraft, Foucault sches Pendel, Inertialsystem, Karussell, Kurvenfahrt, Masse, Newton, Reibung, Ruhe, Trägheit, Trägheitskraft, Zentrifugalkraft, Zentripetalkraft Systematik: Physik Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG Klassische Mechanik Kinematik, Dynamik GEMA-FREI Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC: DVD-Laufwerk und DVD- Player-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/ Vista/Windows 7 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 82031 Grünwald Telefon +49 (0)89-6497-1 Telefax +49 (0)89-6497-240 info@fwu.de www.fwu.de 4602767010 4602767010 www.fwu-shop.de Bestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444 vertrieb@fwu.de