Kräfte, Arbeit, Leistung & Energie

Das Hookesche Gesetz

Prinzip Die Schüler sollen die Aussage des Hookeschen Gesetzes, also die Proportionalität zwischen Kraft und Auslenkung innerhalb des Elastizitätsbereiches eines elastischen Körpers, durch Messungen an zwei Schraubenfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten nachvollziehen. Diese Federn werden mit Massestücken belastet, deren Gewichtskräfte eine Auslenkung bewirken. Der Zusammenhang zwischen Massen und Gewichtskräften dürfte den Schülern aus dem Versuch ME 2.3 bekannt sein. Näherungsweise sollte mit Fg∕m = 0,00981 N / g gerechnet werden. In einer zusätzlichen Aufgabe sollen aus dem Diagramm die Federkonstanten bestimmt und die Ergebnisse mit den vorgegebenen Werten verglichen werden. Die Bezeichnung "(Schlitz)gewicht" ist insofern unkorrekt, als dass es sich hier um eine Masse handelt, die erst unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung ein "Gewicht", also eine Gewichtskraft erhält. Besser ist der Ausdruck "Massestück", der hier verwendet wird. Vorteile • Echtes Stativmaterial für besonders stabilen und damit sicheren Aufbau • Schülergerechte Anleitungen inklusive Protokollfragen

Das Hookesche Gesetz mit Cobra SMARTsense

Prinzip Das Hookesche Gesetz: Die elastische Verformung ist proportional zur einwirkenden Belastung. Vorteile • Besonders verständliche und didaktisch aufbereitete Versuchsbeschreibung (Alltagsbezug etc.) inkl. Protokollfragen. • Zukunftsorientiert unterrichten: Einbindung in den digitalen naturwissenschaftlichen Unterricht mit Tablets oder Smartphones. • Erhöhte Motivation bei Schüler/innen durch Nutzung der intuitiven measureAPP. • Steigerung der Medienkompetenz.

Dehnung eines Gummibandes und einer Schraubenfeder

Prinzip Durch schrittweise Dehnung eines Gummibandes und einer Schraubenfeder soll der Unterschied zwischen plastischer und elastischer Verformung demonstriert werden. Vorteile • Optimiert für Demonstrationsversuche: Von der Horizontalen in die Senkrechte gebracht • Gute Sichtbarkeit: Große Demonstrationsmessgeräte auf gleichmäßigem Hintergrund • Magnete mit starker Haltekraft (mind. 10 N) ermöglichen eine sichere Halterung und einfachste Handhabung sowie Positionierung • Magnetisch haftender Maßstab erleichtert Messungen

Drehmoment

Prinzip Es soll nachgewiesen werden, dass ein um eine Achse drehbarer Körper, an dem Kräfte exzentrisch angreifen, in Ruhe verharrt, wenn sich die durch die Kräfte hervorgerufenen Drehmomente kompensieren (Drehmomentengleichgewicht). Vorteile • Optimiert für Demonstrationsversuche: Von der Horizontalen in die Senkrechte gebracht • Gute Sichtbarkeit: Große Demonstrationsmessgeräte auf gleichmäßigem Hintergrund • Magnete mit starker Haltekraft (mind. 10 N) ermöglichen eine sichere Halterung und einfachste Handhabung sowie Positionierung • Demonstrative Messung von Kräften mit großen magnetisch haftenden Torsionskraftmessern mit kugelgelagerter Umlenkrolle und zwei Schnurrillen für zwei Messbereiche • Magnetisch haftende Winkelskale und Maßstab erleichtern Messungen

Einseitiger Hebel

Prinzip Es soll nachgewiesen werden, dass am einseitigen Hebel Gleichgewicht herrscht, wenn die Produkte zweier angreifender, entgegengesetzt gerichteter Kräfte mit ihren Kraftarmen gleich sind. Vorteile • Optimiert für Demonstrationsversuche: Von der Horizontalen in die Senkrechte gebracht • Gute Sichtbarkeit: Große Demonstrationsmessgeräte auf gleichmäßigem Hintergrund • Magnete mit starker Haltekraft (mind. 10 N) ermöglichen eine sichere Halterung und einfachste Handhabung sowie Positionierung • Demonstrative Messung von Kräften mit großen magnetisch haftenden Torsionskraftmessern mit kugelgelagerter Umlenkrolle und zwei Schnurrillen für zwei Messbereiche • Magnetisch haftender Maßstab erleichtert Messungen

Einseitiger Hebel

Prinzip Die Schüler haben in Versuch ME 3.2 (Zweiseitiger Hebel) das Hebelgesetz kennengelernt und seine Darstellung in der Form "Summe aller Drehmomente gleich Null". Hier sollen sie den einseitigen Hebel in gleicher Weise untersuchen und seine Gesetzmäßigkeiten herausarbeiten. In der Zusatzaufgabe wird wieder die Darstellung der Gesetze in der Drehmomentenform verlangt. Vorteile • Echtes Stativmaterial für besonders stabilen und damit sicheren Aufbau • Schülergerechte Anleitungen inklusive Protokollfragen

Feste Rolle

Prinzip Es soll untersucht werden, welche Vorteile eine feste Rolle bei dem Verrichten mechanischer Arbeit hat und welcher Zusammenhang dabei zwischen Kräften und Wegen besteht. Vorteile • Optimiert für Demonstrationsversuche: Von der Horizontalen in die Senkrechte gebracht • Gute Sichtbarkeit: Große Demonstrationsmessgeräte auf gleichmäßigem Hintergrund • Magnete mit starker Haltekraft (mind. 10 N) ermöglichen eine sichere Halterung und einfachste Handhabung sowie Positionierung • Demonstrative Messung von Kräften mit großen magnetisch haftenden Torsionskraftmessern mit kugelgelagerter Umlenkrolle und zwei Schnurrillen für zwei Messbereiche • Magnetisch haftender Maßstab erleichtert Messungen

Flaschenzug

Prinzip Es soll untersucht werden, welche Vorteile ein Flaschenzug beim Verrichten mechanischer Arbeit hat und welche Zusammenhänge zwischen Kräften und Wegen in Abhängigkeit von der Anzahl der tragenden Seilstücke bestehen. Vorteile • Optimiert für Demonstrationsversuche: Von der Horizontalen in die Senkrechte gebracht • Gute Sichtbarkeit: Große Demonstrationsmessgeräte auf gleichmäßigem Hintergrund • Magnete mit starker Haltekraft (mind. 10 N) ermöglichen eine sichere Halterung und einfachste Handhabung sowie Positionierung • Demonstrative Messung von Kräften mit großen magnetisch haftenden Torsionskraftmessern mit kugelgelagerter Umlenkrolle und zwei Schnurrillen für zwei Messbereiche • Magnetisch haftender Maßstab erleichtert Messungen

Flaschenzug aus einer losen und einer festen Rolle

Prinzip Die Schüler sollen am Beispiel eines einfachen Flaschenzuges erkennen, dass die Kraft, die zum Heben einer bestimmten Last erforderlich ist, sich mit einer Anordnung aus zwei Rollen gegenüber der Gewichtskraft der Last halbieren lässt. Dafür muss jedoch ein längerer Weg aufgebracht werden. Durch Vergleich der Produkte Last × Lastweg und Kraft × Kraftweg sollen sie erkennen, dass beide gleich groß sind. Vorteile • Echtes Stativmaterial für besonders stabilen und damit sicheren Aufbau • Schülergerechte Anleitungen inklusive Protokollfragen

Flaschenzug mit 4 Rollen

Prinzip Die Schüler sollen am Beispiel eines Flaschenzuges erkennen, dass die Kraft, die erforderlich ist, eine bestimmte Last zu heben, im gleichen Verhältnis mit der Anzahl der Rollen abnimmt. 1. Sie sollen ermitteln, um wieviel mal größer die Last als die Kraft ist, die zum Gleichgewicht benötigt wird, und ob die Anzahl der Rollen des Flaschenzuges damit zusammenhängt. 2. Sie sollen untersuchen, ob sich der Weg der Last von dem der Kraft unterscheidet und die Produkte F ·s  bilden. Außerdem sollen sie angeben können, ob auch hier die Anzahl der Rollen von Bedeutung ist. Vorteile • Echtes Stativmaterial für besonders stabilen und damit sicheren Aufbau • Schülergerechte Anleitungen inklusive Protokollfragen

Geneigte Ebene, Gerätesatz komplett

Gewichtskraft

Prinzip Die Schüler sollen mit einem Kraftmesser die Gewichtskraft bestimmen, die eine Masse im Schwerefeld der Erde erfährt. Sie sollen wissen, dass Kräfte in N = kg m∕s2 gemessen werden und erkennen, dass die Gewichtskraft der Masse proportional ist. Bei Gewichtskräften ist der Proportionalitätsfaktor die Erdbeschleunigung g in m∕s2. In einer zusätzlichen Aufgabe sollen die Schüler die Erdbeschleunigung g aus den Messwerten bestimmen. Die Bezeichnung "(Schlitz)gewicht" ist insofern unkorrekt, als es sich hier um eine Masse handelt, die erst unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung ein "Gewicht", also eine Gewichtskraft erhält. Besser ist der Begriff "Massestück", der hier verwendet ist. Vorteile • Echtes Stativmaterial für besonders stabilen und damit sicheren Aufbau • Schülergerechte Anleitungen inklusive Protokollfragen