Materialien:
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Messbecher (mindestens 800 ml)
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Papierbecher
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„Nachfüllbecher“
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Schrauben oder Stift (zum Loch stechen)
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Wasserfester Stift
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Stoppuhr oder Handy
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Tabelle (siehe Unterrichtsmaterialien)
Aufbau und Durchführung:
Nimm den Papierbecher und stich ein Loch durch den Boden des Bechers. Zeichne eine Daumenbreite unter dem Becherrand eine Linie. Diese Markierung gibt die minimale Wasserhöhe während des Experiments an. Öffne auf dem Handy die Stoppuhr. Befülle den Nachfüllbecher mit Wasser. Halte mit dem Daumen das Loch im Papierbecher zu und befülle diesen ebenfalls mit Wasser. Halte den Papierbecher über dem Messbecher (dieser ist leer). Entferne den Daumen vom Loch, sodass das Wasser fließen kann, und starte die Stoppuhr. Miss die Zeit alle 100 ml und trage die Werte in die Tabelle ein.
Auswertung: Die Auswertung kann entweder mit Excel oder auf Papier durchgeführt werden.
-
Auf Papier: In der Tabelle sind nun Zeit und Wassermenge gegeben. Berechne die Zeitdifferenz zwischen den 100 ml-Schritten. Beobachte dabei, dass die Zeitunterschiede sehr ähnlich sind. Zusätzlich kannst du die Geschwindigkeit mit der Formel
berechnen. Beachte: Die Geschwindigkeit wird nicht in klassischen Einheiten wie 
oder 
gemessen. Hier betrachten wir die Wassermenge als Wegkomponente. Du könntest auch die Höhe als Rechendaten verwenden. - In Excel: In Excel können alle Daten schneller berechnet werden. Zusätzlich könnt ihr mit den Schüler:innen die Weg-Zeit- und Geschwindigkeit-Zeit-Diagramme betrachten. Im Weg-Zeit-Diagramm zeigt sich ein linearer Zusammenhang. Im Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm sieht man eine waagrechte Linie. Hier könnte man mit den Informatiklehrkräften zusammenarbeiten.
Theoretischer Input:
Gleichförmige Bewegung: In einer gleichförmigen Bewegung bleibt die Geschwindigkeit konstant, es wirkt keine Beschleunigung. Im Experiment wird diese Bewegung simuliert. Es ist wichtig, mit den Lernenden die Wasserhöhe zu thematisieren. Hier könnte man die Frage aufwerfen: Warum versuchen wir, die Wasserhöhe konstant zu halten? Die Wasserhöhe beeinflusst die Ausflussgeschwindigkeit. Das Experiment könnte erneut durchgeführt werden, und die Geschwindigkeit zu Beginn könnte mit der Geschwindigkeit am Ende verglichen werden, wenn der Papierbecher fast leer ist. Je höher der Wasserstand, desto höher ist die Ausflussgeschwindigkeit.
Umsetzung im Unterricht:
Dieser Versuch kann von den Schüler:innen selbstständig durchgeführt werden. Die Schüler:innen sollten den Versuch in Kleingruppen (Gruppengröße: 3-5 Schüler:innen) durchführen. Bei den Rechenvorgängen brauchen die Lernenden Unterstützung. Werden die Daten mit Excel ausgewertet, könnte ein fächerübergreifender Unterricht mit den Informatiklehrkräften stattfinden.
Unterrichtsmaterialien:
Freier Fall: Erdbeschleunigung
Lehrplanbezug:
„Beschreibung von (auch zweidimensionalen) Bewegungen, Tempo und Geschwindigkeit“
Materialien:
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Handy mit der App Phyphox (gratis)
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Lineal, Rollmeter
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Ein Objekt, von dem die Fallbeschleunigung ermittelt wird. (eventuell mehrere Objekte – zum Zeigen, dass es massenunabhängig ist)
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Stift
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Taschenrechner
Aufbau und Durchführung:
Öffne in der App „phyphox“ die akustische Stoppuhr (Zeitmessung). Hier wird die Schwelle 0,1 und Mindestverzögerung 0,1 für das Experiment verwendet. In der orangen Zeile, ganz oben, kann die akustische Stoppuhr pausiert und gestartet werden. Die akustische Stoppuhr soll erst kurz vor der Durchführung des Experimentes aktiviert werden. Bevor der Versuch durchgeführt wird, wird die Fallhöhe mit dem Rollmeter gemessen und notiert. Das Lineal wird auf den Tisch gelegt, so dass ein Teil des Lineals über die Tischkante blickt. Das Flugobjekt wird an die Spitze des Lineals platziert. Die akustische Stoppuhr wird aktiviert. Das Handy wird am Aufprallort platziert (Achtung: das Handy soll nicht direkt unter dem Flugobjekt hingelegt werden). Mit einem Stift wird auf das Lineal gekickt, sodass ein Ton entsteht und gleichzeitig das Objekt auf den Boden fliegt. Die akustische Stoppuhr gibt dir die Flugdauer an, diese wird wieder notiert. Mit der Formel 
kann die Beschleunigung des Flugobjektes berechnet werden.
Theoretischer Input:
Die Beschleunigung, die bei einem frei fallenden Körper wirkt, nennt man Fallbeschleunigung. In dem Bewegungsablauf des freien Falles wird der Luftwiderstand vernachlässigt. Die Fallbeschleunigung ist Ortsabhängig und ist zum Beispiel auf der Erde anders als auf dem Mars. Die Fallbeschleunigung auf der Erde bezeichnet man als Erdbeschleunigung und diese wird mit dem Symbol 
bezeichnet. Sie beträgt 
.
Wie kommt man zu der Formel ?
Die allgemeinen Gleichungen einer gleichförmigen beschleunigten Bewegung lautet: 
. Dabei ist 
der zurückgelegte Weg in Meter (in unserem Experiment die Höhe 
), 
der Anfangsweg in Meter (in unserem Experiment 0 Meter), 
die Anfangsgeschwindigkeit in 
(in unserem Experiment 0 ), 
die Beschleunigung in 
und 
die Zeit in Sekunden. Formt man nun diese Formel auf die Beschleunigung um bekommt man die Gleichung: .
Umsetzung im Unterricht:
Dieser Versuch kann als Demonstrationsversuch durchgeführt werden. Die Lehrperson zeigt den Versuch vor, misst mit den Schüler:innen die entsprechenden Messdaten und die Schüler:innen berechnen sich die Erdbeschleunigung selbstständig oder in Kleingruppen. Der Versuch kann ebenso als Schülerversuch durchgeführt werden. Dies kann wiederum in Kleingruppen oder einzeln von den Lernenden ausgeführt werden. Der theoretische Input kann vor oder auch nach dem Experiment diskutiert werden.
Der Versuch soll aus verschiedenen Höhen gemacht werden. Er kann zusätzlich mit verschiedenen Gegenständen durchgeführt werden und die berechneten Werte der Beschleunigung verglichen werden. Dabei könnte man jeder Kleingruppe einen anderen Gegenstand zuordnen.
Unterrichtsmaterialien:
Trägheit 1
Lehrplanbezug:
„Beschreibung von (auch zweidimensionalen) Bewegungen, Tempo und Geschwindigkeit“
Materialien:
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Blatt Papier
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Streifen Papier
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Flasche oder Glas
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Stift (der aufrecht stehen kann)
Aufbau und Durchführung:
Versuch 1:
Stelle die Flasche oder das Glas auf ein Blatt Papier. Ziehe am Blatt Papier. Achte darauf, dass das Blatt Papier flach gehalten wird. Die Flasche oder das Glas bleibt auf seiner Position stehen.
Fülle die Flasche oder das Glas mit Wasser. Ziehe wieder am Blatt Papier. Die Flasche oder das Glas bleibt auf seiner Position leichter stehen.
Versuch 2:
Stelle den Stift auf den Papierstreifen. Ziehe an den Papierstreifen, sodass der Stift nicht umfällt.
Theoretischer Input:
Das 1. Newtonsche Gesetz besagt: „Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, wenn der Körper nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern.“ Dieses Gesetz wird auch Trägheitsgesetz genannt.
Im Experiment wirkt die resultierende Kraft nur auf das Blatt Papier oder auf den Papierstreifen. Dadurch bleibt die Flasche oder das Glas auf seiner Position stehen. Vergleicht man den Versuch 1 mit und ohne Wasser sowie den Versuch 2, merkt man, dass die Durchführung bei geringerer Masse schwerer ist. Damit der Stift stehen bleibt, muss schnell der Papierstreifen weggezogen werden. Dabei sieht man, dass die Trägheit massenabhängig ist. Besitzt ein Körper eine größere Masse, so hat dieser auch eine größere Trägheit. Das bedeutet, ich muss mehr Kraft aufwenden, um diesen Körper zu bewegen.
In den Experimenten wirkt eine Reibung zwischen dem Tisch, dem Papier und den Objekten. Beim Stift reicht die geringe Reibung, dass dieser sein Gleichgewicht verliert. Im Gegensatz dazu, ist der Versuch mit der Flasche oder dem Glas voll mit Wasser leichter zu schaffen.
Umsetzung im Unterricht:
In Verbindung mit Trägheit 2, 3 und 4 können diese Experimente in einem Stationenbetrieb durchgeführt werden. Dazu ist ein Beobachtungsbogen sinnvoll, wo die Beobachtungen zu jedem Experiment aufgeschrieben werden. Der Fokus liegt nur auf der Beobachtung. Die Lernenden sollen sich die Frage stellen: Was habe ich gesehen?
(Beobachtungsbogen zum Download - siehe Trägheit 4)
Trägheit 2
Lehrplanbezug:
„Beschreibung von (auch zweidimensionalen) Bewegungen, Tempo und Geschwindigkeit“
Materialien:
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Glas
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Münze
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Blatt Papier
Aufbau und Durchführung:
Gib das Blatt Papier auf das Glas, sodass es geschlossen ist. Lege die Münze auf das Papier. Ziehe am Papier und die Münze fällt in das Glas.
Theoretischer Input:
Das 1. Newtonsche Gesetz besagt: „Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, wenn der Körper nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern.“ Dieses Gesetz wird auch Trägheitsgesetz genannt.
Im Experiment wirkt die resultierende Kraft auf das Papier. Die Münze bleibt auf ihrer Position und fällt in das Glas.
Umsetzung im Unterricht:
In Verbindung mit Trägheit 1, 3 und 4 können diese Experimente in einem Stationenbetrieb durchgeführt werden. Dazu ist ein Beobachtungsbogen sinnvoll, wo die Beobachtungen zu jedem Experiment aufgeschrieben werden. Der Fokus liegt nur auf der Beobachtung. Die Lernenden sollen sich die Frage stellen: Was konnte ich beobachten?
(Beobachtungsbogen zum Download - siehe Trägheit 4)
Trägheit 3
Lehrplanbezug:
„Beschreibung von (auch zweidimensionalen) Bewegungen, Tempo und Geschwindigkeit“
Materialien:
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Mindestens 4 Münzen
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Lineal oder Geodreieck
Aufbau und Durchführung:
Stelle die Münzen aufeinander, sodass ein Münzenturm entsteht. Schlage mit dem Lineal oder Geodreieck die unterste Münze weg. Der Münzenturm soll nicht umfallen.
Theoretischer Input:
Das 1. Newtonsche Gesetz besagt: „Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, wenn der Körper nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern.“ Dieses Gesetz wird auch Trägheitsgesetz genannt.
Durch den Schlag wirkt eine resultierende Kraft auf die unterste Münze. Sie fliegt weg und die restlichen Münzen verharren auf ihrer Position. Der Turm bleibt stehen.
Umsetzung im Unterricht:
In Verbindung mit Trägheit 1, 2 und 4 können diese Experimente in einem Stationenbetrieb durchgeführt werden. Dazu ist ein Beobachtungsbogen sinnvoll, wo die Beobachtungen zu jedem Experiment aufgeschrieben werden. Der Fokus liegt nur auf der Beobachtung. Die Lernenden sollen sich die Frage stellen: Was habe ich gesehen?
(Beobachtungsbogen zum Download - siehe Trägheit 4)
Trägheit 4
Lehrplanbezug:
„Beschreibung von (auch zweidimensionalen) Bewegungen, Tempo und Geschwindigkeit“
Materialien:
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1 Münze
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4 Würfeln
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Kugelschreiber
Aufbau und Durchführung:
Stelle zwei Würfeln aufeinander, dann die Münze auf die zwei Würfeln und dann weitere zwei Würfeln auf die Münze. Schlage mit dem Druckknopf des Kugelschreibers die Münze aus dem Stapel, sodass die vier Würfeln aufeinander stehen bleiben.
Theoretischer Input:
Das 1. Newtonsche Gesetz besagt: „Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, wenn der Körper nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern.“ Dieses Gesetz wird auch Trägheitsgesetz genannt.
Durch den Schlag des Druckknopfes wirkt eine resultierende Kraft auf die Münze. Die Münze bewegt sich weg. Auf den Würfeln wirkt keine Kraft, wodurch sie auf ihrer Position verharren. Die oberen Würfeln fallen aufgrund der Schwerkraft auf die unteren Würfeln.
Umsetzung im Unterricht:
In Verbindung mit Trägheit 1, 2 und 3 können diese Experimente in einem Stationenbetrieb durchgeführt werden. Dazu ist ein Beobachtungsbogen sinnvoll, wo die Beobachtungen zu jedem Experiment aufgeschrieben werden. Der Fokus liegt nur auf der Beobachtung. Die Lernenden sollen sich die Frage stellen: Was habe ich gesehen?
Unterrichtsmaterialien:
Materialien:
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Papierbecher
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Stift oder Nagel
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Waschbecken
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Zündholzschachtel
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Kleines Stück Papier (nicht größer als die Zündholzschachtel)
Aufbau und Durchführung:
Vorbereitung: Nimm den Papierbecher und stich ein Loch in den Boden des Bechers.
Versuch 1: Führe den Versuch über einem Waschbecken durch. Fülle den Papierbecher mit Wasser und halte das Loch am Boden mit dem Daumen zu. Öffne das Loch über dem Waschbecken. Was kann man beobachten? Fülle den Becher wieder mit Wasser und verschließe das Loch mit dem Daumen. Öffne das Loch und lass den Becher gleichzeitig fallen. Was kann man beobachten?
Versuch 2: Nimm die Zündholzschachtel und das Stück Papier und lass sie gleichzeitig fallen. Was kann man beobachten? Wiederhole das Experiment. Lege dieses Mal das kleine Stück Papier auf die Zündholzschachtel. Was kann man beobachten?
Theoretischer Input:
Die Schwerkraft ist dafür verantwortlich, dass auf der Erde die Gegenstände zu Boden fallen. Sie ist eine Kraft die aufgrund der Gravitation (Massenanziehung) entsteht. Die Schwerkraft wirkt Richtung Erdmittelpunkt. Deswegen fließt das Wasser im Versuch 1 Richtung Boden. Wiederholt man den Versuch 1 und lässt den Papierbecher fallen, so sieht man, dass kein Wasser mehr fließt. Auf den Becher und das Wasser wirkt die gleiche Schwerkraft und sie bewegen sich gemeinsam Richtung Boden. Halte ich den Becher fest, wirke ich mit meiner Muskelkraft gegen die Schwerkraft und man sieht die Wirkung der Schwerkraft nur am Wasser.
Die Schwerkraft wirkt auf alle Gegenstände gleich. Das bedeutet die Gegenstände fallen gleich schnell. Im Versuch 2 konnte man beobachten, dass das Papier langsamer fliegt. Dafür ist der Luftwiderstand verantwortlich. Dieser wirkt gegen die Schwerkraft. Legt man das Papier auf die Zündholzschachtel, fliegen die Gegenstände wieder gleichschnell. Das Papier bewegt sich im Luftschatten der Zündholzschachtel. Der Luftwiderstand hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Form, die Größe und die Oberfläche des fallenden Objekts. Da das Papier kleiner im Vergleich zur Zündholzschachtel ist, wirkt ein größerer Luftwiderstand.
Umsetzung im Unterricht:
Diese Experiment kann von den Schüler:innen selbstständig durchgeführt werden. Dabei ist es wichtig, dass sich die Schüler:innen folgende Fragen stellen:
- Was kann ich beobachten?
- Was habe ich verändert?
- Wieso hat sich das Verhalten im Versuch verändert? Welche Kräfte wirken auf die Gegenstände?
Die Experimente könnte man mit eine Onlinerecherche über die Schwerkraft und den Luftwiderstand verknüpfen.
Die Experimente eignen sich auch als Demonstrationsexperimente.
Unterrichtsmaterialien:
Reibung
Lehrplanbezug:
„die Wirkung verschiedener Kräfte im Alltag qualitativ untersuchen (E), dokumentieren (E) und kommunizieren (W).“
Materialien:
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1kg Packung Mehl (oder anderes – mit Federschachtel auch durchführbar)
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Schleifpapier
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Runde Stifte
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Klebeband
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Schnur
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Kraftmesser
Aufbau und Durchführung:
Befestige die Schnur an der Mehlpackung, wie wenn du ein Geschenk mit einem Geschenkband schmücken würdest. Befestige ungefähr 20 bis 30 cm langes Schleifpapier am Tisch. Lege neben dem Schleifpapier die Stifte nacheinander auf. Platziere das Mehl ungefähr 20 bis 30 cm vor dem Schleifpapier. Hänge den Kraftmesser an der Schnur ein. Ziehe die Mehlpackung über den Tisch, weiter über das Schleifpapier und zum Schluss über die Stifte. Achte gut auf die Kraftanzeige des Kraftmessers. Notiere die benötigten Kräfte am Tisch, am Schleifpapier und an den Stiften in deinem Beobachtungsbogen.
Theoretischer Input:
Die Reibungskraft ist eine Kraft, die zwischen Oberflächen von zwei sich berührenden Körpern wirkt. Sie ist entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers gerichtet. Dadurch führt sie zu einer Verlangsamung des Körpers. Es werden zwischen 3 Reibungsarten unterschieden, der Haftreibung, Gleitreibung und Rollreibung. Haftreibung ist zu überwinden, wenn ein ruhender Körper in Bewegung versetzt werden soll. Die Haftreibung wirkt, wenn beide Körper nicht in Bewegung sind. Dies kann man im Experiment zu Beginn beobachten. Dabei muss man ganz genau auf die Anzeige des Kraftmessers achten. Gleitreibung tritt auf, wenn ein Körper über eine Oberfläche gleitet. Dies kann man im Experiment beim Gleiten der Mehlpackung über die Tischfläche, sowie beim Gleiten über das Schleifpapier beobachten. Rollreibung tritt auf, wenn ein Körper sich auf Rollen oder Räder bewegt. Dies kann man im Experiment beim Rollen über die Stifte beobachten.
Die Reibkraft hängt von der Normalkraft und des Reibungskoeffizienten ab (
). Die Normalkraft ist die Kraft, mit der ein Körper senkrecht auf den anderen Körper drückt. In horizontalen Oberflächen ist die Normalkraft gleich der Gewichtskraft. Der Reibungskoeffizienten ist abhängig nach der Materialbeschaffenheit. Das bedeutet durch Veränderung der Oberflächen kann die Reibungskraft verändert werden. Im Experiment kann man beobachten, dass die Mehlpackung über das Schleifpapier schwerer zu ziehen ist.
Beobachtet man die Reibungsarten auf einer gleichen Oberfläche, so ist die Haftreibung größer als die Gleitreibung und die Gleitreibung größer als die Rollreibung (
).
Umsetzung im Unterricht:
Dieser Versuch kann gut in Einzelarbeit oder in Kleingruppen durchgeführt werden. Weiters kann das 1. Newtonsche Gesetz: „Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, wenn der Körper nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern.“ diskutiert werden. Dabei könnte man bespreche, warum ein Skateboard oder Ball immer irgendwann stehen bleibt, obwohl keine Kraft auf diesen wirkt. Es muss eine Kraft zwischen den Berührungsflächen wirken und diese Kraft heißt Reibungskraft.
Unterrichtsmaterialien:
Materialien:
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Schlange aus Seidenpapier
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Kunststoffstab (oder Kunststoffstrohhalm)
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Fell oder Wolltuch
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Untersetzer (aus Metall)
Aufbau und Durchführung:
Lege die Schlange aus Seidenpapier auf den Untersetzer. Nimm den Kunststoffstab und reibe ihn kräftig mit dem Fell oder Wolltuch. Lege das Fell oder Wolltuch weg. Führe die geriebene Seite des Kunststoffstabes langsam zur Schlange.
Theoretischer Input:
Bringt man einen elektrisch geladenen Körper mit einem neutralen Körper in Kontakt, findet eine Elektronenbewegung statt. Die Ladung im neutralen Körper wird beeinflusst. Dieses Phänomen nennt man Influenz. In einem elektrischen Leiter können sich Elektronen frei bewegen, was zu einem Elektronenüberschuss auf einer Seite und einem Elektronenmangel auf der anderen Seite führt. Bei Isolatoren können sich die Ladungen nicht frei bewegen, daher erfolgt hier lediglich eine geringfügige Verschiebung der vorhandenen Ladungen. Diese leichte Verschiebung wird als Polarisation bezeichnet.
Durch das Reiben des Kunststoffstabes mit dem Fell oder Wolltuch werden Ladungen auf den Stab übertragen. Der Stab ist somit negativ geladen. Führt man nun den Stab zum Untersetzer aus Metall werden die Ladungen im Untersetzer durch Influenz verschoben (Influenz ist die Verschiebung der Elektronen in einem neutralen Körper). Somit ist der obere Teil des Untersetzers positiv geladen. Die Papierschlange befindet sich zwischen einem positiv und einem negativ geladenen Körper. Diese Umstände führen zur Polarisation in der Papierschlange (Polarisation ist die Wirkung der Influenz in Isolatoren). Durch die Coulomb-Kraft wird die Schlange vom Kunststoffstab angezogen.
Umsetzung im Unterricht:
Dieses Experiment kann als Schüler:innenexperiment dienen. Es eignet sich auch als Demonstrationsexperiment. Im Unterricht könnte ein Stationenbetrieb aufgebaut werden, wo mehrere Experimente zu elektrischer Ladung durchgeführt werden.
Unterrichtsmaterialien:
Die tanzenden Luftballone
Lehrplanbezug:
„Experimente zum Zusammenhang der Grundgrößen der Elektrizität (Spannung, Stromstärke und Widerstand) und zu den Wirkungen des elektrischen Stroms planen, durchführen, analysieren und dokumentieren.“
Materialien:
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Stab oder Stock
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2 Luftballone
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Schnur
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Fell oder Wolltuch
Aufbau und Durchführung:
Blase die Luftballone ungefähr gleich groß auf. Binde die Luftballone einzeln an der Schnur fest. Befestige die Schnur am Stock. Reibe reichlich mit dem Tuch die Luftballone. Lasse die Luftballone hängen und halte den Stock weg von deinem Körper. Man kann beobachten, dass sich die Luftballone abstoßen.
Theoretischer Input:
Der Luftballon besteht aus kleinen Teilchen (Atome). Der Luftballon ist normalerweise neutral geladen. Das bedeutet, er besitzt gleich viele positiv und negativ geladenen Teilchen. Reibt man mit dem Wolltuch an einem Luftballon, wandern negative Ladungen vom Wolltuch in den Luftballon. Dadurch besitz der Luftballon mehr negative Ladungen, wie positive Ladungen. Die zwei Luftballone sind negativ geladen und stoßen sich ab (Coulombkraft).
Umsetzung im Unterricht:
Dieses Experiment können Schüler:innen selbst ausprobieren. Man könnte dieses Experiment in einem Stationenbetrieb mit weiteren Experimenten, wo elektrische Ladungen sichtbar werden, kombinieren.
Unterrichtsmaterialien:
Materialien:
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Schnur
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kleiner Ball (oder schwerer Gegenstand)
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ein Haken zum Befestigen
Aufbau und Durchführung:
Befestige den Ball (oder schweren Gegenstand) an der Schnur, sodass dieser frei schwingen kann. Befestige die Schnur am Haken, sodass die Konstruktion frei schwingen kann. Hebe den Ball auf eine bestimmte Höhe an und lass ihn los. Was kannst du beobachten?
Theoretischer Input:
Der Ball schwingt hin und her. Im höchsten Punkt besitzt der Ball die meiste potenzielle Energie, die beim Schwingen in kinetische Energie umgewandelt wird, wenn der Ball den tiefsten Punkt erreicht. Dabei bleibt die Gesamtenergie erhalten (wenn man von Reibung und Luftwiderstand absieht). Potenzielle Energie (in der Höhe) wird in kinetische Energie (beim Schwingen) umgewandelt und umgekehrt.
Energieerhaltungssatz:
"In einem abgeschlossenen System bleibt bei Reibungsfreiheit die gesamte mechanische Energie erhalten. Die verschiedenen Energieformen können sich lediglich ineinander umwandeln."
Umsetzung im Unterricht:
Dieser Versuch kann als Demonstrationsversuch von der Lehrperson durchgeführt werden. Mit offenen Fragestellungen können die Lernenden zum Denken animiert werden. Weiters kann der Versuch selbst von den Schüler:innen durchgeführt werden. Dabei sollten mit offenen Fragen die Beobachtungen reflektiert werden. Zusätzlich kann man mit den Fragen, warum schwingt das Pendel nicht immer weiter oder warum bleibt das Pendel irgendwann stehen, die Lernenden anregen, den Energieerhaltungssatz kritisch zu hinterfragen (Energie kann nicht verloren gehen, Energie wird umgewandelt!).