55 11036 Didaktische FWU-DVD Druck
Zur Bedienung Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner material. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler können die Größe Druck an Beispielen erläutern und quantitativ beschreiben; erklären Auftrieb sowie Schwimmen, Schweben und Sinken mithilfe der Eigenschaften von Flüssigkeiten, des Schweredrucks und der Dichte; erläutern das Teilchenmodell; beschreiben die Druckverteilung in Flüssigkeiten und Gasen; können das Teilchenmodell als vereinfachte Darstellung der Realität deuten; erklären die charakteristischen Besonderheiten der Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig mithilfe des Teilchenmodells; können den Schweredruck und seine Folgen erklären; können die Gefahren durch die höhenbedingte Änderung des Schweredrucks erkennen und geeignete Schutzmaßnahmen z. B. bei Tauchvorgängen oder beim Bergsteigen ergreifen. 2
Zum Inhalt Druck überall Film (24 min) Wir spüren ihn ununterbrochen: Druck das Ergebnis einer auf eine Fläche einwirkenden Kraft. Der Film erklärt die physikalischen Grundlagen von Druck auf der Basis des Teilchenmodells. Verschiedene Arten des Drucks und ihre Eigenschaften werden an anschaulichen Alltagsbeispielen vorgestellt. Hydraulische Presse Kurzfilm (4:40 min) Mit dem Druck von Flüssigkeiten kann man große Kräfte erzeugen. Drückt beispielsweise Motoröl einen Zylinder mit großer Kraft nach unten gegen die Stahlstange, handelt es sich um eine hydraulische Presse. Mit ihr können beispielsweise Münzen geprägt oder Metall scheiben ausgestanzt werden. Wie solche großen Kräfte zustande kommen können, wird in diesem Kurzfilm mit anschaulichen Animationen erklärt. Es wird verdeutlicht, dass es sich bei einer hydraulischen Presse um einen Kraftwandler handelt. 3
Filmsequenzen Druck im Alltag (Filmsequenz 1:50 min) Exemplarisch werden Situationen des Alltags gezeigt, in denen man mit Druck konfrontiert wird. Diese Filmsequenz dient der Motivation der Thematik. Druck spielt in der Lebensumwelt eine große Rolle und zeigt sich unter anderem bei Reifen, Luftmatratzen, bei Sprudelflaschen, Luftballons oder beim Händedruck. Was ist Druck? (Filmsequenz 2:00 min) In dieser Sequenz versucht unser Protagonist Sven, über ein Becken gefüllt mit Bällen zu laufen. Es stellt sich heraus, dass dies nur gelingt, wenn die Fläche, auf die seine Gewichtskraft wirkt, deutlich größer ist als seine Füße. Vergrößert man also die Fläche, auf die die Gewichtskraft wirkt, dann wird der Druck auf die Bälle geringer. Dann kann Sven sogar auf den Bällen stehen. Und wenn die Fläche, auf die die Kraft wirkt, wieder kleiner wird, vergrößert sich der Druck. Das Teilchenmodell (Filmsequenz 2:00 min) Um zu verstehen, wie Druck genau funktioniert, schauen wir uns in dieser Sequenz genauer den Aufbau von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen an. Dazu nutzen wir das Teilchenmodell. Es besagt, dass alle Stoffe aus sehr kleinen Teilchen bestehen, die in ständiger Bewegung sind. Diese Teilchen verhalten sich in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen unterschiedlich. 4
Druckverteilung in Flüssigkeiten und Gasen (Filmsequenz 3:40 min) Wirken Kräfte auf Festkörper, Flüssigkeiten oder Gase, so hat dies zum Teil unterschiedliche Folgen. Flüssigkeiten und Gase weichen im Gegensatz zu Festkörpern aus. Die Erklärung der beobachteten Phänomene erfolgt mit dem Teilchenmodell. Druck und Richtung (Filmsequenz 2:40 min) Während eine Kraft stets in eine bestimmte Richtung wirkt, hat der Druck im Inneren von Flüssigkeiten keine bestimmte Richtung. Er wirkt gleichmäßig in alle Richtungen. Dabei macht er sich durch die Kräfte bemerkbar, die auf die Begrenzungsflächen der Flüssigkeit ausgeübt werden zum Beispiel durch Verformen. Schweredruck (Filmsequenz 3:30 min) Wasser hat ein Gewicht, ebenso die uns umgebende Luft. Somit üben sie auch einen Druck aus. Diesen Schweredruck müssen insbesondere Taucher oder Bergsteiger bedenken, um gegebenenfalls entsprechende Schutzmaßnahmen ergreifen zu können. Hydrostatisches Paradoxon (Filmsequenz 3:10 min) In verbundenen Gefäßen (z. B. einer Gießkanne) ist der Wasserspiegel immer auf gleicher Höhe. Es erscheint paradox, dass die kleine Wassermenge im Ausgießer der großen Wassermenge in der Kanne das Gleichgewicht halten kann. Die Auflösung liefert die Formel für den Schweredruck. Es wird klar, dass der Druck nur von der Höhe abhängig ist. Die gleiche Höhe ist also unmittelbar mit dem gleichen Druck verbunden. Auftrieb und Auftriebskraft (Filmsequenz 3:50 min) Ausgehend von den überlieferten Anekdoten des Archimedes wird der Begriff Auftrieb motiviert. Die damit verbundene Auftriebskraft ist der Gewichtskraft entgegen gerichtet. Je nachdem, welche der beiden Größen überwiegt, wird dargestellt, dass ein Körper dann entweder schwimmt, untergeht oder bei Kräftegleichheit im Wasser schwebt. 5
Bilder / Grafik Heißluftballon Ein Heißluftballon kann nur aufsteigen, wenn sein Auftrieb größer ist als sein Gewicht. Dies wird erreicht, indem die Luft im Ballon erhitzt wird. Ein Bild eines schwebenden Heißluftballons und ein dazu passendes Wärmebild ermöglichen die Erarbeitung dieses Sachverhaltes. Hydraulische Presse Mit dieser Grafik lassen sich der Aufbau und die Funktionsweise der hydraulischen Presse wiederholen. Mit der unbeschrifteten Grafik kann man die einzelnen Elemente erarbeiten und benennen, mit der beschrifteten Grafik lässt sich das Erarbeitete überprüfen. 6
Arbeitsblatt 46 / 55 11036 Druck Arbeitsblatt 7 Experiment: Das schwebende Ei 1. Gib ein Ei in ein mit Wasser gefülltes Glas. Notiere, wie sich das Ei verhält. 2. Gib nun portionsweise Salz ins Wasser und rühre jedes Mal gut um. Schaffst du es, gerade so viel Salz zuzugeben, dass das Ei schwebt? 3. Rühre nun weiter Salz in das Wasser. Beschreibe deine Beobachtungen und versuche, sie zu erklären. 7
Didaktische Hinweise Das Thema Druck ist in den Lehrplänen aller Schulformen meist für die Klassenstufen 7/8 vorgesehen. Die KMK- Bildungsstandards für das Fach Physik weisen die Thematik im Rahmen der Basiskonzepte System (Druckgleichgewicht, Druckunterschiede), Wechselwirkung (Gewichtskraft, Druck, Auftriebskraft) und Materie (Form und Volumen von Körpern, Brownsche Bewegung, Teilchenmodell) aus. Das Teilchenmodell spielt auch im Film eine zentrale Rolle. Es dient hier der Erklärung der Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig. Grundlegend ist hier die Vorstellung, dass alles um uns herum aus kleinsten Teilchen aufgebaut ist. Die Struktur dieser Teilchen bleibt unberücksichtigt. Es handelt sich einfach um sehr kleine Materiepartikel. Die Teilchen in diesem Modell verhalten sich nach den Regeln der klassischen Mechanik. Der Film mit seinen unterhaltsamen Realbildern und anschaulichen Animationen und die auf der Produktion enthaltenen Zusatzmaterialien erklären den Druck und seine Eigenschaften mithilfe einer Vielzahl von Beispielen und verdeutlichen die Relevanz der Physik im Alltag. 8
Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial stehen Ihnen ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDFals auch als Word-Dateien vor: Die PDF-Dateien können direkt am Computer ausgefüllt oder ausgedruckt werden. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen) Bilder / Grafik Filmkommentare Programmstruktur Weitere Medien Materialien Hinweise zum Einsatz im Unterricht 1) Was ist Druck? 2) Das Teilchenmodell 3) Druckverteilung in Flüssigkeiten und Gasen 4) Luftdruck 5) Hydrostatisches Paradoxon 6) Die Krone des Hieron II 7) Experiment: Das schwebende Ei 8) Kreuzworträtsel Druck überall 9) Hydraulische Presse Heißluftballon Wärmebild eines Heißluftballons Hydraulische Presse Filmkommentare als PDF-Dokument Übersicht über die Didaktische FWU-DVD Info zu ergänzenden Medien 9
Programmstruktur Hauptmenü Druck Druck überall Druck überall Heißluftballon Film 24 min Sequenzen 2 Bilder Untermenü Druck überall Hydraulische Presse Hydraulische Presse Kurzfilm 4:40 min Grafik Druck im Alltag Was ist Druck? 1:50 min 2:00 min Das Teilchenmodell 2:00 min Arbeitsmaterial Arbeitsmaterial Druckverteilung in Flüssigkeiten und Gasen Druck und Richtung Schweredruck Hydrostatisches Paradoxon Auftrieb und Auftriebskraft 3:40 min 2:40 min 3:30 min 3:10 min 3:50 min Didaktische Hinweise 9 Arbeitsblätter (mit Lösungen) 2 Bilder 1 Grafik Filmkommentare Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben 10
Produktionsangaben Druck (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2013 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design Dicentia im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2013 Bildnachweis Martha Andrews; fotolia.com Luftfahrer; Wikimedia Commons Fotos aus der Wikimedia können nach der jeweils angegebenen Lizenz genutzt werden. thinkstock.com Arbeitsmaterial Roland Bergmann, Dr. Maike Schuchmann Pädagogische Referentin im FWU Dr. Maike Schuchmann Produktionsangaben zu den Filmen Druck überall und Hydraulische Presse Produktion SchwabenFilm im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2013 mit Sven Falge, Ingrid Vallières, Tatiana Wenske, Battal Cinar, Karl Seel Regie Sven Falge & Markus Matschke Kamera & ausführende Produktion Markus Matschke & Jean-Pierre Weingart Drehbuch Markus Matschke Requisite Jean-Pierre Weingart & Jessica Matschke Schnitt Sven Falge Animation Jessica Matschke & Sven Falge Sounddesign & Mischung Tobias von Brockdorff TONSCHIEBER Tonstudio-Stuttgart Sprecher Fabian Gröver Catering Tatiana Wenske Fachberatung Roland Bergmann, Dr. Sylvia Becker Redaktion Dr. Maike Schuchmann vielen Dank an Frank Dechow, Franziska Bauer, Max Planck Institut, Thomas Frey, Martin Großmann, Karl Seel, Café Scholz, Tatiana Wenske Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2013 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 11036 Druck Wir spüren ihn ununterbrochen: Druck das Ergebnis einer auf eine Fläche einwirkenden Kraft. Diese Produktion erklärt die physikalischen Grundlagen von Druck auf der Basis des Teilchen modells. Verschiedene Arten des Drucks und ihre Eigenschaften werden an anschaulichen Alltagsbeispielen vorgestellt. Zusätzlich stehen Arbeitsblätter, didaktische Hinweise und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2013 Laufzeit: 29 min Filme: 2 Grafik: 1 Bilder: 2 Sprache: DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Adressaten: Deutsch Unterrichtsmaterialien 9 (mit Lösungen; als PDFs zum Ausfüllen) Allgemeinbildende Schule (Klasse 7-10) Schlagwörter: Aggregatzustand, Archimedes, Atmosphäre, Auftrieb, Brownsche Bewegung, Gewichtskraft, Hydraulik, Hydrostatisches Paradoxon, Kraft, Kraftwandler, Luftdruck, Pumpe, Schweredruck, Teilchenmodell Systematik: Physik Mechanik, Wärmelehre 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 Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMAFREI 4611036010 4611036010 www.fwu-shop.de Bestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444 vertrieb@fwu.de