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© Horst Hübel Würzburg 2005 - 2014

Bewegungen unter dem Einfluss einer konstanten Kraft; die Beschleunigung

In diesem Stadium ist bereits das Trägheitsprinzip besprochen bzw. das Trägheitsgesetz, das die Basis einer qualitativen Definition der Kraft ist (1. NG: Kraft ist die Ursache einer Beschleunigung (incl. Richtungsänderung)). Solche Beschleunigungen sollen jetzt für den Spezialfall einer konstanten Kraft untersucht werden. Von Prof. Heuer habe ich hierzu einen Realversuch kennen gelernt, der hier in abgewandelter Form wiedergegeben wird:

Ein Fahrrad soll mit "möglichst konstanter Kraft" beschleunigt werden. Als Fahrtenschreiber wird ein Kassettenrekorder verwendet, der über eine Schutzschaltung aus zwei antiparallelen Si-Dioden an den Fahrrad-Dynamo angeschlossen war. Je schneller sich das Rad dreht, desto größer ist die Frequenz des vom Dynamo erzeugten Wechselstroms. Ein Schüler soll (im Schnellgang) möglichst gleichmäßig tretend anfahren.

Anschließend hören sich die Schüler die Kassette an und beurteilen die Bewegung. Mittels der Tonhöhe können die Schüler spontan Schnellerwerden und Abbremsen beschreiben. Dann wird die Kassette in den Rechner eingespielt mittels eines Programms, das die Periodendauer misst (FAHRRAD), oder  ein Sound-Programm  wie WAVESTUDIO, GOLDWAVE etc., oder ein Sound-Programm wie GRAM, das eine Frequenzanalyse durchführte (Vgl. Buch "Schülerversuche mit PC ... ). Auch mit dem Sonarmeter ist ein ähnlicher Versuch möglich. FAHRRAD produziert z.B. auf dem Bildschirm folgende Graphik:

Anfahr-, Ausroll- und Abbremsvorgang mit einem Fahrrad:

Man erkennt deutlich den (fast) linearen Anstieg der Geschwindigkeit, annähernde Konstanz, und dann fast linearen Abfall der Geschwindigkeit.

Bemerkenswert sind folgende Beobachtungen der Schüler: