Messen und Physikalische Größen - schule.at

Comeniusprojekt 

TEWISE 

Messen und 

physikalische Größen 

1 0650-CP-1-2002-A T -COMENIUS-C2 1 

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Projekt Tewise 

Notizen für LehrerInnen zum Modul 

"Messen und and Physikalische Größen" 

Die Seiten des Moduls haben folgenden Aufbau:. 

- Jedem Thema ist eine Zahlenreihe zugeordnet (1.00 - 1.0x). 

- Jedem Versuch, Thema bzw. Studienobjekt ist eine Zahl (1.01 oder 2. 03 )zugeordnet. 

- Pfeile weisen auf durch Kleinbuchstaben gekennzeichnete Unterseiten hin. 

Die Folgenden Größen wurden für das Modul ausgewählt: 

-. 

Länge Meter 

- Volumen Liter und die Beziehungen zu Länge 

- Masse kg (als Gravitationsmasse, ohne den Begriff Gravitation zu nennen) 

als extensive Größen 

- Zeit Sekunde 

- Temperatur Grad Celsius 

als Beispiele für intensive Größen 

10650-CP-1-2002-AT-COMENIUS-C21 

Die Verwendung der Begriffe "Wie viel" für extensive und "Wie stark" für intensive 

Größen ist nicht offiziell üblich, "illegal" und zudem eine Erfindung von Leif Johansen, 

einem Mitglied der Tewise - Gruppe 

Jedes Thema beginnt mit dem Versuch, an einer Sinneswahrnehmung, einem Gefühl, 

oder einem qualitativen Eindruck anzusetzen. 

Dann geht es mit Messungen, Einheiten und der Verwendung physikalischer Größen 

weiter. Es ist wichtig, historische Entwicklungen einzubeziehen, die es ermöglichen, 

dass die SchülerInnen in Freiarbeit kleine Projekte erarbeiten, die danach auf 

unterschiedliche Weise präsentiert werden können. Die meisten Aufgaben sind als 

Gruppenarbeit konzipiert. 

Denken sie daran, dass eine physikalische Größe durch zwei Parameter beschrieben 

wird: 

Zahl und Einheit 

. 

"Messen und Physikalische Größen" 

L 1


Praktische Anweisungen: 

Alle Experimente sind sehr gebräuchlich und daher sollte es mit ihnen keine 

Probleme geben. Wir haben uns bei den Temperaturmessungen für 

Digitalthermometer entschieden, um möglichen Problemen mit Quecksilber 

vorzubeugen, falls ein Thermometer bricht. 

Das einzige Experiment, bei dem eine elektrische Energiequelle verwendet wird 

ist der Versuch auf Seite 1.15a . 

Dazu könnte man ein Lämpchen mit 6 V 50 mA ( 300 mW) das bei 6 V einen 

Widerstand von 120 Ω hat - wie in älteren Fahhradrücklichtern - verwenden. 

Zusätzlich braucht man einen PTC - Widerstand, der bei ansteigender Temperatur 

immer geringere Ströme zulässt) oder man nimmt einen NTC -Widerstand , bei 

dem die Stromstärke bei steigender Temperatur erhöht wird. Bei 

Zimmertemperatur sollten beide einen Widerstand von 120 - 220 Ω ähnlich dem 

des Lämpchens liefern. 

Mit dem PTC gibt es weniger Probleme für die Lampen, da bei höherer 

Temperatur deren Leistung abnimmt. 


Man kann dann auch mit12 V arbeiten und die Änderungen beim erwärmen des 

Widerstandes gut beobachten. 

Vorsicht! Zu große Hitze zerstört die Widerstände. Sie dürfen daher nicht mit 

offenen Flammen etc. in Kontakt kommen. 


L 2


Wie groß ist dieses Zimmer? Wie weit ist es bis zur Schule? 

Wie dick ist dieses Papier? 

Wir würden diese Fragen gerne beantworten, aber wie? 

In alten Zeiten hatten die Menschen keine Lineale. Aber sie konnten mit ihren Füßen messen. 

Jeder aus eurer Gruppe soll den Abstand zwischen zwei Wänden eures Klassenzimmers eimal mit Hilfe seiner 

Füße messen. 

Alle Gruppen sollten sich auf die gleichen zwei Wände einigen! 

Schreibt zuerst euer Meßergebnis auf, ohne es den anderen zu zeigen. Tragt dann alle Meßergebnisse eurer 

Gruppe im Arbeitsblatt ein. 

Name des Gruppenmitglieds 

Länge in “Fuß” 


Gruppendurchschnitt: 

Klassendurchschnitt : 

Denkt immer daran: 

Zahl und Einheit zusammen ergeben das Resultat! 

1. Wenn ihr den Durchschnitt nicht berechnen könnt, fragt eure Lehrperson. 

2. Habt ihr alle die gleichen Ergebnisse herausbekommen? 

3. Diskutiert das in der Gruppe und schreibt gegebenenfalls die Gründe für 

unterschiedliche Ergebnisse auf. 

4. Erstellt eine Klassentabelle mit allen Einzeldaten und berechnet den 

Klassendurchschnitt. 

5. Hat jemand genau den Wert herausbekommen, der dem Durchschnitt entspricht? 

"Messen und Physikalische Größen". 

1.01a


Eine Arbeitsaufgabe für eure Gruppe! 

In der Vergangenheit verwendeten die Menschen oft ihren eigenen 

Körper zur Längenessung. Daher haben viele alte Maßeinheiten Namen 

von Körperteilen. 

1. Versucht, informationen zu Maßeinheiten, die mit dem menschlichen 

Körper im Zusammenhang stehen, zu finden. Nutzt die Schulbibliothek 

oder das Internet als Informationsquelle. 

2. Präsentiert eure Ergebnisse, möglichst mit einer Skizze des 

menschlichen Körpers in Posterform. 

3. Macht mit allen Postern eine Ausstellung in der Klasse. 

4. Vergleicht die Einheiten, die in verschiedenen Ländernverwendet 

wurden. Gibt es Unterschiede? 

5. Warum, glaubt ihr, verwenden wir in unserer Zeit die Einheit “Meter”? 

6. Versucht herauszufinden, wie man zu dieser Einheit kam, und wann und 

wie sie in eurer Heimat eingeführt wurde. 

7. Wieviele Einheiten für Längenmessung, die das Wort “Meter” enthalten 

und die heute noch verwendet werden, kennt ihr? 


von “Meter” abgeleitete Einheit 

entspricht wie viel Metern (in Dezimalzahlen) 


1.01b


Nun müsst ihr die Einheit “Meter” anwenden. 

Messt die Länge eures Klassenzimmers mit Hilfe eines Lineals oder 

eines Maßbandes. Dann solltet ihr, im besten Fall, in allen Gruppen das gleiche 

Messergebnis bekommen. 

Hilfsmittel: 

- ein oder mehrere Lineal/ein Maßband 

- Papier und Bleistift 

Messt mit eurer Gruppe die gleiche Strecke, die ihr mit 

Hilfe eurer Füße gemessen habt (siehe Arbeitsblatt 1.01) 

Wenn ihr fertig seid, fragt die anderen Gruppen nach 

ihren Ergebnissen und übertragt alle Resultate in die 

Tabelle. 

Gruppe Ergebnis in Metern Gruppe Ergebnis in Metern 


Durchschnittsergebnis für eure Klasse 

Denkt immer daran: 

Zahl und Einheit zusammen ergeben das Resultat 

1. Haben die Gruppen die gleichen Ergebnisse erhalten? 

2. Diskutiert in der Gruppe, warum unterschiedliche Ergebnisse möglich sind und schreibt auf, und 

schreibt auf, zu welchen Diskussionsergebnissen ihr kommt. 

3. Bestimmt ein Gruppenmitglied, dass mit jeweils einem Mitglied der anderen Gruppen gemeinsam 

eine Diskussionsgruppe bildet. Diese Gruppe soll versuchen, gemeinsame Vorschläge zur Erklärung 

der unterschiedlichen Messergebnisse zu finden. 

"Messen and Physikalische Größen" 

1.02a


Ihr habt nun "Länge" gemessen. Länge ist eine physikalische Größe. Eine 

physikalische Größe besteht normalerweise aus einem Zahlenwert(Zahl) und aus 

einer Einheit. Diese Einheit muss festgelegt werden und auf der ganzen Welt gut 

bekannt sein. Das Problem von Fuß, Zoll, Meile usw. war, dass sie in fast jedem 

Land unterschiedlich waren. 

Eure Gruppe soll versuchen, Informationen zur Geschichte der Einheit "Meter" zu 

finden, die wichtigsten Schlagzeilen zusammenschreiben und eine Stunde für die 

Klasse vorbereiten. 

Die Lehrperson wird dann eine Gruppe aussuchen, die diese Stunde tatsächlich 

halten wird. 

Ein kurzes "Experiment": 

Nehmt eine ca. 20 cm lange Schnur. Messt deren Länge mit dem Lineal. Schneidet 

die Schnur in 3 Stücke und messt die Längen der Teilschnüre. 

Länge der Schnur: 

Länge von Teil 1 : 




Addiert die 3 Teillängen: 

Merkt euch folgenden Satz: 

Physikalische Größen, die man ganz normal addieren kann und bei denen 

zum Beispiel gilt: "1m + 1m = 2m" sind 

"Wie viel" Größen. 

Dieser Begriff ist eine Erfindung für dieses Modul. 

Wissenschafter und Wissenschafterinnen nennen solche Größen 

"extensive Größen". 


1.02b


Dinge können so klein sein, dass Längenmessungen schwierig sind, wie 

eine Zwiebelzelle oder die Dicke (Stärke)eines Blattes Papier. Ihr sollt 

nun versuchen, genau diese Dicke zu bestimmen! 

Ihr braucht: 

ein gewöhnliches Lineal, 10 Blätter etwas dickeres Papier oder Pappendeckel. 

Diskutiert und überlegt euch ein 

Experiment, mit dem man die Dicke 

eines Blattes bestimmen kann, ohne ein 

einzelnes Blatt zu messen. Dabei kann 

das Ergebnis durchaus ein 

Durchschnittswert sein. 

Ihr habt gemessen: 

und dann : 


Habt ihr dabei etwas gerechnet? 

durchschnittliche Dicke : 

Diskutiert in der Gruppe - Kann man mit dieser Methode auch die Dicke eines Blattes in 

einem Buch oder in einem Papierstapel messen? 


1.03as1


Könnt ihr für die folende Aufgabe die gleiche Methode wie beim Versuch1.03a anwenden? 

Wenn ja, dann versucht es! 

Ihr braucht dazu ein Buch ohne harten Buchrücken oder einen Papierstapel. Zudem sollt 

ihr euer Lineal verwenden. 

Ihr habt gemessen: 

und dann : 

Habt ihr dabei etwas gerechnet? 

durchschnittliche Dicke : 

Für die ganz Schnellen: 

Könnt ihr die gleiche Methode auch anwenden, 

um die Dicke dünner Drähte zu bestimmen? 

Wenn ja, dann versucht es! 


Ihr könnt eure Lehrperson auch bitten, euch ein 

Mikrometer zu geben und zu erklären, wie man es 

verwendet. 

Bestimmt die Dicke einiger Drähte. 

Könnt ihr mit Hilfe des Mikrometers auch die 

Dicke eines Papierblattes messen? 


1.03b


Ihr könnt bis Kalkutta fahren, aber es wäre eine fast unmögliche Aufgabe, diese 

Entfernung mit einem Lineal zu messen. Ihr könnt aber nicht zum nächsten 

Stern Sirius reisen.You can't go to the star Sirius. Auf welche Weise lassen sich 

große Entfernungen bestimmen? 

Zwei kurze Geschichten zu großen Entfernungen: 

1. 

Entfernungen wurden und werden auf der Erde oft mit Hilfe von 

Dreiecksmessungen (Triangulation) gemessen. Dazu braucht 

man ein Hilfsmittel zur Winkelmessung und eine gut bekannte 

Entfernung (Distanz). 

Der Rest ist reine Mathematik. Fragt eure Mathematiklehrerin 

oder euren Mathematiklehrer, es mit euch zu versuchen. 

Wenn ihr Winkelmesser verwendet, könnt ihr von zwei Punkten 

deren Entfernung voneinander ihr kennt die Winkel zu einem 

dritten Punkt dessen Entfernung unbekannt ist, bestimmen. 

Auf diese Art bestimmt man die Entfernung von Mond, Planeten 

und nahen Sternen. Manchmal befinden sich die beiden 

bekannten Punkte auf der Erde, aber zur Entfernungsmessung 

von Sternen ist es nötig, zwei Messungen im zeitlichen Abstand 

von 1/2 Jahr durchzuführen. 

Bekannte Strecke 

Winkel 1 Winkel 2 

Unbekannte Strecke 

2. 

Ein Rettungswagen mit eingeschaltetem Folgetonhorn, fährt bei euch vorbei. Ihr könt hören, dass der 

Ton des Horns tiefer wird, wenn sich das Auto von euch entfernt. Man sagt, wissenschaftlich: Die 

Tonfrequenz nimmt ab. Das gleiche passiert mit dem Licht eines sich von der Erde weg bewegenden 

Sternes. Auch seine Frequenz nimmt auch ab, so dass es mehr rot erscheint. Beide Erscheinungen 

werden als "Dopplereffet" bezeichnet. 


Bei weit entfernten riesigen Gruppen von Sternen (Milchstraßen) kann man erkennen, dass sie sich 

umso schneller voneinander weg bewegen, je weiter sie entfernt sind. Das bedeutet, dass, da sie sich 

auch von uns entfernen, ihr Licht für uns mehr rot erscheint (Rotverschiebung). Je weiter sie entfernt 

sind desto stärker ist diese Rot- und bei noch ferneren Milchstraßen Infrarot-Verschiebung. Durch diese 

Änderung der Lichtfrequenz können Astronomen (Sternenforscher) auch die Distanz sehr ferner 

Milchstraßen (Galaxien) berechnen. 

Ihr werdet später einmal lernen, dass der Blick zu weit entfernten Stenen gleich bedeutend mit einem 

Blick in die Vergangenheit ist. Die Galaxien mit der stärksten Rotverschiebung sind auch die ältesten. 

Auf diese Weise können die Astronomen auch einen Blick zurück zum Ursprung des Universums, dem 

"Big Bang" (”Großen Knall”) machen. 

Auf dieser Seite gibt es keine Fragen für euch. Aber ich bin sicher, dass ihr nach dem Durchlesen 

viele Fragen beantwortet haben wollt. 

Leider kann man in der Wissenschaft nicht alle Fragen gleich zu Beginn erklären, für einige 

gibt es aber auch noch keine Antworten. Vielleicht gelingt es euch oder euren Freunden als 

mögliche Wissenschafter der Zukunft, einmal diese Antworten zu finden. 


1.04


Was haben eine Colaflasche, eine Dose Saft und ein Packerl Milch 

gemeinsam? - Natürlich einiges, aber in jedem Fall steht auf ihnen eine Zahl 

und eine Einheit, die man “Liter” nennt. 

Ihr braucht: 

einen Messzylinder mit 1 Liter Füllmenge, einige leere Flaschen, Dosen und Tetrapacks. 

Ihr überprüft bei den folgenden Versuchen die physikalische Größe “Volumen” (auch Inhalt). Auf den 

leeren Behältern findet ihr eine Volumsangabe. Haben die Hersteller ihre Kunden getäuscht? 

Ihr könnt auch versuchen, das tatsächliche Volumen des flüssigen Inhaltes der Behälter zu bestimmen. 

Behälter Herstellerangabe Gesamtvolumen Wofür habt ihr bezahlt? 

Wenn ihr eine Flasche dabei hattet, deren Volumen größer als ein Liter war, beschreibt, 

wie ihr das Volumen bestimmt habt. 


Ist das Volumen, wie die Länge - eine "Wie viel" Größe? Nur eine Antwort ist möglich! 

Ja 

Ein Tipp dazu: Können Volumina addiert werden? 

Nein 

1. Sagt das Volumen irgend etwas darüber aus, mit welcher Art Material ihr es zu tun habt ? 

2. Welche Untereinheiten von Liter kennt ihr? 

3. Könnt ihr auch das Volumen anderer Gefäße wie Tassen, Vasen usw. bestimmen? Wenn ja, 

dann versucht es! 

4. Diskutiert eure Antworten zur Ja - Nein - Frage mit den anderen Gruppen. Sind diese zum 

gleichen Ergebnis gekommen? 


1.05a


Gibt es in eurem Land andere, ältere Einheiten zur Volumensmessung? 

Denkt daran: eine Größe besteht aus einer Zahl und eine Einheit! 

Wenn ihr solche Einheiten kennt, schreibt sie auf. 

1 .................. = ......... Liter 1 Liter = ..................... ............ 

1 .................. = ......... Liter 1 Liter = ..................... ............ 

1 .................. = ......... Liter 1 Liter = ..................... ............ 

1 .................. = ......... Liter 1 Liter = ..................... ............ 

1 .................. = ......... Liter 1 Liter = ..................... ............ 

1 .................. = ......... Liter 1 Liter = ..................... ............ 

Sucht in Büchern oder im Internet nach der Geschichte der Einheit "Liter" 

und schreibt deren Schlagzeilen in euer Heft! 



1.05b


Ihr habt gesehen, dass es die physikalische Größe "Volumen" bei Flüssigkeiten 

gibt! Haben feste Stoffe auch ein Volumen? 

Sie nehmen einen Platz im Raum ein, aber kann man diesen bestimmen? 

Ihr braucht dazu: 

Einige feste Materialien ( Steine, Holz, Erdäpfel, Metallstücke, Plastik......., einen 250 ml oder 500 ml 

Messzylinder, lange, dicke Nägel und Wasser. 

Alle Stücke müssen so klein sein, das sie in 

den Messzylinder passen.. 

1. 

Füllt den Zylinder nicht ganz voll mit Wasser 

und lest ab, wie groß das Volumen ist. 

2. 

Taucht ein Probestück völlig in die Flüssigkeit 

ein. Falls es schwimmt, drückt es mit einem 

Nagel unter Wasser. Lest nun wieder den 

Wert für das Volumen ab. 

Material Volumen vorher Volumen danach Volumen des Stückes 


Wie seid ihr zum Volumen des Materialstückes gekommen ? Schreibt eine der Berechnungen 

auf! 

1. Können eine Kartoffel und ein Stück Holz das gleiche Volumen haben? 

2. Können eine Kartoffel und ein Schluck Saft das gleiche Volumen haben? 

3. Entwickelt in der Gruppe ein Experiment, das beweist, dass das Volumen fester Stoffe 

eine “Wie viel” Größe ist! 


1.06


Im Mathematikunterricht habt ihr es sicher schon mit 

Kubikzentimetern zu tun gehabt. Eure Lehrer oder Lehrerinnen 

berechnen Volumina damit und nicht mit Litern. - Gibt es in der 

Wissenschaft wirklich so ein Durcheinander? 

Ein Zentiwürfel ist ein kleiner Plastikziegel. Alle Kanten sind 

1 cm lang. Die Zentiwürfel können wie Legosteine 

zusammengebaut werden. 

Bei 1 cm langen Kanten entspricht ein Zentiwürfel einem 

Kubikzentimeter oder 1 cm 3 

Ihr braucht: 

Einige Zentiwürfel, den gleichen Messzylinder wie in Versuch 1.06 und Wasser 

Baut einen kleinen Block aus Zentiwürfel. Er muss so schmal sein, dass er in den Zylinder 

passt. Messt dann sein Volumen ( in ml ) wie in Versuch1.06. 

Haben Zentiwürfel ein Volumen? ..................................... 

Zahl der Zentiwürfel Volumen vorher Volumen danach Volumen der Ziegel 


Wieviele cm 3 groß ist euer Block? ................................... 

Gibt es Zusammenhänge zwischen cm 3 und dem Volumen in ml ? 

1. Geht zurück zur Geschichte der Einheit Liter in Aufgabe 1.05b und lest sie noch eimal! 

2. Welche Art Würfel entspricht 1 Liter? 

3. Wieviele cm 3 entsprechen 1 Liter? 

3 

4. Wieviel Liter sind 1 m ? 

3 3 3 

5. Diskutiert in eurer Gruppe - was ist euch lieber? Liter, ml, hl oder cm , dm , m ... 


1.07a


Im Mathematikunterricht habt ihr genau gelernt, dass man das Volumen eines Blockes 

berechnen kann, indem man die Längen der Kanten miteinander multipliziert. 

Wenn diese 3cm, 4 cm und 5 cm betragen ergibt das ein Volumen von 60 ml. 

Denkt daran: 1 cm 3 = 1 ml ! 

Ihr braucht: 

Einige Holz - Metall - oder Plastikblöcke, 

ein Lineal und möglicherweise eine 

Schieblehre, den gleichen Messzylinder 

wie in Versuch 1.06 und Wasser 

Um mit der Schieblehre arbeiten zu 

können, braucht ihr einige Tipps von 

eurer Lehrperson. 

Messt die 3 Kanten der Würfel, berechnet die Volumina und vergleicht die Ergebnisse mit 

den Messungen im Messzylinder. 

Probeblock berechnetes Volumen ml gemessenes Volumen ml 


Wenn ihr im Mathematikunterricht gelernt habt, wie man das Volumen von Zylindern, 

Kugeln, Kegeln usw. berechnet, könnt ihr auch Berechnungen und Messungen solcher 

Körper durchführen. 


1.07b


Bei Wind kann man die Luft spüren. Ihr könnt eure Lungen mit Luft 

füllen, sie herausblasen und pfeifen. Besitzt Luft ein Volumen? 

Ihr braucht: 

einen Messzylinder, 

ein Becken mit Wasser 

einen Gumischlauch 

Wieviel Wasser passt in den Zylinder? ........................... 

Betrachtet nun den leeren Zylinder: 

Befindet sich etwas in ihm? ............................................. 

Drückt den Zylinder mit der Öffnung nach unten 

in das mit Wasser gefüllte Becken. 

Ist nun etwas im Zylinder ? ......................... 

Was ist es ? .......................................... 


Könnt ihr ungefähr das Volumen der Luft im Zylinder 

bestimmen ? ........................................ 

Nehmt den Schlauch und steckt ein Ende in den oberen Teil 

des umgedrehten Zylinders und haltet das zweite Ende 

neben dem Zylinder oberhalb der Wasserfläche. Saugt am 

äußeren Schlauchende. 

Was geschieht mit dem Volumen der Luft? ............................................................................... 

1. Hat die Luft ein gleichbleibendes Volumen? (Versucht den Zylinder mit euren Händen zu 

erwärmen) 

2. Kennt ihr noch andere gasförmige Stoffe ( Luft ist eine Gasmischung) ? 

(Tipp ! sprudelnde Getränke) 

3. Könnt ihr ein Gas oder Luft zu einem kleineren Volumen zusammenpressen? 

Versucht es ! 


1.08a


Ein seltsames Experiment: 

Ihr braucht: 

2 Messzylinder 

Wasser 

Baumwolle 

Gebt die Baumwolle lose so in einen 

Zylinder, so dass sie ihn ungefähr zur 

Hälfte ausfüllt. 

Füllt den zweiten Zylinder zur Hälfte 

mit Wasser. 

Gießt dann das Wasser in den Zylinder mit 

der Baumwolle. 

Baumwolle ml 

Wasser ml 


Baumwolle und Wasser 

Findet eine Erklärung innerhalb eurer Gruppe. Schreibt die wesentlichen Sätze davon auf.. 

Tipp : Wie groß ist ungefähr das Volumen der Luft in der Baumwolle? 

Macht ein Klassenposter mit den Erklärungen aller Gruppen! 


1.08b


Wart ihr schon einmal in einem Geschäft um ein 3/4 kg Erdäpfel zu kaufen? 

Welche physikalische Größe und welche Einheit wurden dort angewendet? 

Der Verkäufer verwendete wahrscheinlich eine elektrische oder elektronische 

Waage. Auf ihr wurden eine Zahl und eine Einheit angezeigt. 

Betrachtet einige Säckchen mit Mehl, Zucker, Salz oder Waschpulver. 

Ihr werdet auf allen dieselbe Einheit - kg (Kilogramm) finden. 

Diese physikalische Größe wird “Masse” genannt, ihr Wert wird in 

Kilogramm angegeben. 

Um die Größe von Massen zu bestimmen kann man 

Waagen verwenden. Ihr werdet eine einfache oder 

elektronische Küchenwaage zur Verfügung haben. 

1. Schaltet, wenn nötig, die Waage ein. 

2. Stellt den Zeiger oder den Schalter auf Null. 

3. Stellt ein Säckchen auf die Waage. 

4. Lest die Zahl ab. 

Der Wert kann oft in g (Gramm) angegeben werden, 

1000g = 1 kg 


Versucht die Masse von verschiedenen Säckchen oder anderen Gegenständen, die 

ihr in der Klasse findet, zu bestimmen. 

1. Versucht in der Bibliothek oder im Internet etwas über die Geschichte des “Kilogramms” zu 

finden. 

2. Findet Einheiten, deren Wert einem Teil oder einem Vielfachen von Kilogramm entspricht. 

3. Kennt jemand in eurer Gruppe ältere Masseneinheiten als das Kilogramm ? Schreibt eine 

kurze Geschichte über diese Einheiten und darüber, wie sie verwendet wurden. 


1.09a


Eine lange Geschichte! 

Warum ist es so schwierig, Wissenschafterzu verstehen? 

Wenn ihr einkaufen geht, misst der Verkäufer in Wirklichkeit nicht die Masse der Kartoffeln. 

Er wiegt sie ab. Eure Eltern sprechen auch vom Gewicht des Mehls für den Kuchen. Das ist in 

unserer Sprache ganz normal. Auch Wissenschafter sprechen außerhalb ihrer Laboratorien den 

Begriff Gewicht. 

Innerhalb der Laboratorien oder in der Physikstunde verwendet man aber den wissenschaftlich 

korrekten Begriff. Man spricht von der Bestimmung der Masse. 

Gewicht ist eine andere physikalische Größe mit der Einheit Newton, deren Wert man mit einem 

Newtonmeter bestimmen kann. 

Wenn Menschen etwas wägen, das Gewicht bestimmen und herausfinden, wieviel Kilogramm 

vorhanden sind, arbeiten sie in Wirklichkeit mit Massen, aber sie wissen das nicht. Waagen sind so 

eingestellt, dass sie Massen und nicht Gewicht anzeigen. 

Die Masse eines Sacks Zucker gibt an, wieviel Zucker ihr habt. Wenn ihr rund um die Erde reist, habt 

ihr darin immer gleich viel Zucker. Wenn ihr das Glück hättet, eine Reise zum Mond zu gewinnen, 

wäre die Zuckermenge dort genau so groß. 

Könntet ihr aber auch die Waage auf den Mond mitnehmen, würdet ihr erkennen, dass dort andere 

Zahlen angezeigt werden. ( für 1 kg würde die Waage auf dem Mond nur 0.167 kg zeigen). 

Von der Technik her messen Waagen das Gewicht eines Stoffes oder Gegenstandes und zeigen nur 

auf der Erde die richtige Masse an. 

Um auf dem Mond die Masse von 1 kg Zucker zu überprüfen, müsste man eine exakte Kopie des 

Urkilogramms in Paris mithaben und folgendermaßen vorgehen: 


1. das Urkilogramm auf die Waage am Mond stellen 

2. den angezeigten Wert abschreiben (er ist viel kleiner als 1 kg - ungefähr 0.167 kg) 

3. danach den Sack Zucker auf die Waage stellen 

4. den angezeigten Wert mit dem, der beim Urkilogramm abzulesen war, vergleichen. (Ich hoffe, 

dass bei der 2. Messung auch ungefähr 0.167 kg angezeigt werden!) 

Eine lange Geschichte! 


1.09b


Wie können wir mit der Waage arbeiten? 

Flüssigkeit oder Sand - das gleiche Problem! 

Ihr braucht: 

eine Küchenwaage, einige trockene Gläser, Wasser, und Sand 

Wenn ihr die Masse von 1 Sack Zucker bestimmt, bestimmt ihr die Brutto-Masse (Sack + Zucker). 

Die Masse des Zuckers wird Netto-Masse, die der Verpackung als Tara-Masse genannt. 

Brutto Masse = Tara-Masse + Netto-Masse 

Normalerweise interessiert uns nur die Netto-Masse - die Masse des Inhalts! 

Wenn ihr beginnt, mit einer Waage zu arbeiten, müsst ihr sie zuerst immer auf Null stellen. 

Um genau 0.750 kg Wasser zuwägen: 

1. Stellt ein Glas auf die Waage. 

2. Presst den Tara oder Null-Knopf. 

3. Gießt Wasser in das Glas, bis 0.750 kg angezeigt werden. 

Wenn ihr eine alte Waage verwendet: 

1. Bestimmt die Masse des leeren Glases - das ist die Tara-Masse. 

2. Addiert die Masse des leeren Glases zu den 0.750 kg (Netto-Masse) und messt die Brutto-Masse. 

3. Gießt Wasser in das Glas, bis der Wert der Brutto-Masse angezeigt werden. 

Nutzt die gleiche Vorgangsweise um die Masse von 200 g Sand zu erhalten. 


Das war nur eine Übung im Umgang mit der Waage. Ihr müsst diese Technik immer wieder 

üben, um Experten zu werden. 

"Messen und physikalische Größen” 

1.10


Masse ist eine schwierige Größe, besonders wenn 

Naturwissenschaftslehrer oder Naturwissenschaftslehrerinnen 

versuche, sie euch zu erklären! 

Aber was für eine physikalische Größe ist Masse? 

Ihr braucht: 

eine Küchenwaage einige trockene Gläser, Wasser, Salz und Sand. 

1. 

Gebt in 2 Gläser je eine Portion Wasser. Bestimmt die Massen und schüttet den Inhalt der Gläser 

zusammen. Führt dann eine weitere Messung durch. 

Portion 1 Masse in kg Portion 2 Masse in kg Beide zusammen Masse in kg 

2. 

Gebt in ein Glas eine Portion Salz, in ein anderes eine Portion Sand. Bestimmt die Massen und 

schüttet den Inhalt der Gläser zusammen. Führt dann eine weitere Messung durch. 

Portion 1 Masse in kg Portion 2 Masse in kg Beide Zusammen Masse in kg 

3. 

Gebt in ein Glas eine Portion Sand in ein anderes eine Portion Wasser. Macht weitert wie zuvor. 



4. 

Gebt in ein Glas eine Portion Salz in ein anderes eine Portion Wasser. Macht weitert wie zuvor. 

Rührt gut um, und wartet, bis sich das Salz aufgelöst hat. 


1. Könnt ihr bei den vier Experimenten eine gemeinsame Eigenschaft erkennen? 

2. Wie ist es besonders bei Experiment 4? 

3. Ist Masse eine physikalische "Wie viel" - Größe, eine extensive Größe? 

4. Hättet ihr bei den 4 Experimenten das Volumen gemessen, wärt ihr zu anderen Ergebnissen 

gekommen. Ihr solltet das probieren! Welche Unterschiede sollten auftreten? 


1.11


Wir alle verwenden verschiedenste Uhren und messen Zeitabschnitte. 

Zeit ist eine physikalische Größe, aber was für eine?. 

Habt ihr irgendeinmal etwas mehr über die Zeit nachgedacht? 

Alle eure Freunde und ihr sollt euch auf eure Plätze setzen. Uhren und Handies 

bleiben in den Taschen. Wenn es eine Klassenuhr gibt, muss sie verdeckt werden 

Jeder von euch hat ein Blatt Papier und einen Bleistift vor sich auf dem Tisch. 

Nur die Lehrperson muss Zugang zu einer Uhr haben. 

1. 

Alle im Raum sind ruhig und schauen zur Lehrperson. Sie hebt die Hand und ihr 

müsst nun versuchen, herauszufinden, wie viele Sekunden, Minuten, Stunden.... 

vergehen, bis die Hand wieder gesenkt wird. 

Ich bin sicher, es waren: ........................................................................................ 


2. 

Nun wird euch eine sehr lustige Kurzgeschichte vorgelesen. Ihr müsst nun versuchen, 

herauszufinden, wieviel Zeit bis zum Ende der Geschichte vergangen sind. 

Ich bin sicher, es waren: ........................................................................................... 

1. Habt ihr in beiden Fällen das gleiche Gefühl für Zeit empfunden? 

2. Stellt alle eure Ergebnisse mit Hilfe von Diagrammen - eines für jeden Versuch - 

dar und berechnet für beide Experimente den Durchschnitt der Schätzungen. 

Tragt auch die Durchschnittswerte in die Tabelle ein. 

3. Vergleicht diese Durchschnittswerte mit den nur der Lehrperson bekannten 

tatsächlichen Zeiten. 


1.12a


Zeit ist schwierig zu schätzen. Wir haben keine für diese Zwecke geeignete natürliche Uhr im 

Körper. Der Puls ist unregelmäßig und ändert sich je nach Aktivität. 

Wir können nur in der Zeit vorwärts in die Zukunft leben, aber wir können rückwärts in die 

Vergangenheit zurückdenken und Vergangenes beurteilen. Nur in Science Fictions sind 

Zeitreisen möglich. 

Wir wissen nichts über die nächsten Minuten, aber wir können beeinflussen, was geschehen 

wird. Wir kennen die gerade vergangenen Augenblicke, aber wir können das Vergangene 

nicht mehr ändern. 

Die Menschen haben immer versucht, Zeit zu messen. Basis für diese Messungen waren die 

Mondphasen, die scheinbare Bewegung von Sonne und Mond am Himmel und die 

Veränderungen der Umweltbedingungen im Jahresverlauf. Aber man brauchte auch kürzere 

Zeiteinheiten. Daher kam es zur Festlegung von Stunden, Minuten und Sekunden. 

Hier sind einige Projektideen für Gruppen. Bereitet eine Schulstunde für eure Klasse vor. Ihr 

könnt dafür eine Poster- oder Computerpräsentation erstellen. 

1. 

Versucht, in der Bibliothek oder im Internet, Geschichten über die Entstehung der 

Zeiteinheiten zu finden, speziell darüber, warum es diese lästigen Umrechnungen 

zwischen Sekunden und Stunden usw. gibt. 

2. 

Heutzutage ist die Sekunde unsere wichtigste physikalische Zeiteinheit. Beschäftigt euch mit 

der Geschichte von Sekunde, Durchschnittssekunde und Schaltsekunde. 


3. 

In früheren Zeiten hatte beinahe jede Stadt ihre eigene, vom Sonnenstand abhängige Zeit. 

Nun gibt es eine Durchschnittszeit. Versucht auch dazu Informationen zu finden und auch zu 

klären, warum Uhren an verschiedenen Orten der Erde unterschiedliche Zeiten anzeigen. 

4. 

Navigation war in der Vergangenheit sehr schwierig. Die Seefahrer im15. und 16. Jahrhundert 

hatten wenig Probleme, die jeweilige Entfernung zum Äquator (Breitengrade) und die 

Entfernung zwischen dem Äquator und den Polen zu bestimmen. Aber sie konnten die 

Entfernungen parallel zum Äquator (Längengrade) rund um die Erde nicht berechnen. 

Versucht Informationen über die Ursachen dafür zu finden, um zu erklären, warum die 

Erfindung des Chronometers, einer sehr genauen Uhr, half, diese Probleme zu lösen. 


1.12b


Wir alle verwenden verschiedenste Uhren. 

Sie sollten die Zeit möglichst genau anzeigen. 

Viele dieser Uhren haben gemeinsame technische Grundlagen! 

Ihr braucht: 

ein Stativ mit langer Stange 

eine Stoppuhr 

einige Massenstücke 

eine dünne Schnur 

Begriffserklärungen = Definitionen: 

Eine Schwingung ist eine periodische Hin- und Herbewegungen 

eines Körpers um eine Ruhelage 

Die Schwingungsdauer ist die Zeit, die der Körper 

für eine vollständige Schwingung (hin und her) braucht. 

Die Amplitude ist die Schwingungsweite mit dem größten 

Abstand zur Ruhelage 

Die Pendellänge ist der Abstand zwischen dem Befestigungspunkt 

und dem Mittelpunkt des Massenstückes. 

Eine gute Methode für die Bestimmung der Schwingungsdauer 

ist es, die Zeit für 10 Schwingungen zu bestimmen und darau den 

Durchschnittswert einer Schwingung zu berechnen 


Bei der Entwicklung eines Experimentes müssen wir immer daran denken, dass wir immer nur 

eine Versuchsbedingung zu verändern, wenn wir Messungen durchführen. So können wir 

schrittweise beobachten, welchen Einfluss Pendellänge, Amplitude oder Größe der Masse auf 

die Schwingungsdauer haben. 

Eure Gruppe soll nun versuche, ein Experiment zu finden, mit dem die Bestimmung dieser 

Einflüsse möglich ist. 

Ihr könnt dazu auch die Vorlage auf Blatt 1.13b verwenden 

1. Warum ist ein Pendel eine gute Einrichtung, um eine Uhr zu bauen? 

2. Versucht, einige Uhren aufzutreiben, in deren Inneres man sehen kann? 

3. Viele elektronische Uhren brauchen kein mechanisches Pendel. Verwenden 

sie irgendeine andere Art von Pendel (fragt einen Uhrmacher oder eine 

Uhrmacherin)? 


1.13a


Länge m Masse kg Amplitude m Zeit für 10 Schwingungen sek Zeit für 1 Schwingung sek 

Zusammenfassung: 



1.13b


Ist es warm oder kalt, können wir das spüren? 

Der menschliche Körper kann fühlen, ob es warm oder kalt ist. 

Er hat Nerven und Sinnesorgane dafür. 

Ihr sollt nun zwei alte physikalische Spiele durchführen? 

1. 

Ihr braucht dazu 3 Gläser (1, 2, 3). eines mit eiskaltem Wasser, eines mit kaltem Leitungswasser 

und eines mit lauwarmem Wasser. 

Gebt je eine Hand einmal in Glas 1 und 2 

dann etwas später in Glas 2 und 3 und 

zuletztin Glas 1 und 3. 

Welche der Hände meldet jeweils “warm”, 

welche meldet “kalt” 

Hattet ihr alle die gleichen Ergebnisse? 

2. 

Auf dem Tisch liegen eine Metall-, eine Holzund 

eine Plastikplatte. 

Legt der Reihe nach eine Hand auf jede Platte. 

Fühlen sich alle Platten gleich warm an? 

Legt dann ein Blatt Papier auf die Metallplatte 

und überprüft mit einer Hand, ob sich dann an 

eurer Wahrnehmung etwas ändert. 


1. Können wir unseren Nerven und Sinnen vertrauen? 

2. Warum besitzen Menschen Nerven und Sinne für warm und kalt? 

3. Welche Art Instrument bräuchten wir, um eine physikalische Größe, die etwas 

über die Wärme und Kälte aussagt, zu messen? 


1.14


Ihr habt auf die Frage von Blatt 1.14 sicher mit Thermometer geantwortet. 

Es gibt aber verschiedene Arten von Thermometern. 

Was sind die physikalischen Grundlagen, die ein Thermometer ermöglichen? 

Ihr braucht: 

2 Glaskolben mit durchbohrten Gummistopfen und 2 Glasröhrchen 

ein 10 cm langes Stück Bimetall 

eine Wäschekluppe aus Holz 

mehrere Kabel und einen besonderen Widerstand 

eine 6 V 50 mA Lampe mit Sockel 

ein Netzgerät 

etwas gefärbtes Wasser 

Papier, um etwas aufzuschreiben. 

1. 

Gebt einen Tropfen gefärbtes Wasser in das Glasröhrchen eines 

Stopfens und verschließt den einen, mit Luft gefüllten Kolben damit. 

- Erwärmt den Kolben mit der Hand und beobachtet, was geschieht. 

- Haltet ihn in den Wasserstrahl aus dem Kaltwasserhahn, so dass das 

Wasser über die Außenseite des Kolbens rinnt und überprüft, was 

passiert. 

2. 

Macht den gleichen Versuch mit dem 2. Kolben. Füllt ihn aber zur 

Hälfte mit dem gefärbten Wasser. Ihr könnt ihn dann auch mit einem 

Gasbrenner etwas erwärmen. 


3. 

Haltet das Stück Bimetall mit Hilfe der Kluppe in die Flamme des 

Brenners und beobachtet, was geschieht. 

4. 

Baut, wie auf der Zeichnung gezeigt, einen Stromkreislauf und 

schaltet das Netzgerät ein. Erwärmt den Widerstand vorsichtig und 

nicht zu stark und beobachtet, was passiert. 

1. Beinahe alle festen, flüssigen und gasförmigen Stoffe dehnen sich bei 

Erwärmung aus. Kennt ihr auch Beispiele dafür aus eurem persönlichen Alltag?, 

2. Bei Wasser trifft das nicht immer zu. Versucht darüber mit Hilfe von Büchern oder 

mit dem Internet mehr zu erfahren. Fragt auch eure Lehrperson. 

3. Warum ist diese Ausnahme für die Erde von Bedeutung? Versucht auf diese 

Frage innerhalb eurer Gruppe eine Antwort zu finden. 


1.15a


Eine Geschichte über Grade und Thermometer 

Die Temperatur ist eine physikalische Größe deren Einheit das Gradmaß ist. 

Es gibt aber verschiedene Einheiten, die als Grad bezeichnet werden. 

o 

Grad Celsius (C ) : 

o 

o 

Bei 0 C schmilzt Eis, bei 100 C beginnt normalerweise Wasser zu sieden. 

Dazwischen gibt es 100 gleich große Stufen. Celsius (Zentigrad) ist die erste 

o 

Einheit, die wir kennen lernen, deren Wert auch negativ sein kann (z. B. -2 C ) 

o 

Der Wert kann aber auch viel höher als 100 C sein. Normalerweise zeigen unsere 

Thermometer die Temperatur in Grad Celsius an. 

o 

Grad Kelvin (K ) : 

Diese Einheit verwenden Wissenschafter.wird von . Die Stufen sind gleich wie bei 

Zentigrad. 100 K 

o 

liegen zwischen Schmelzpunkt und Siedepunkt des Wassers, 

o 

o 

aber 0 K entsprechen -273 C . Das ist die tiefste mögliche Temperatur - der 

o 

o 

absolute Nullpunkt! Eis schmilzt bei 273 K , Wasser siedet bei bei 373 K . 


In den USA und einigen anderen Ländern wird noch die Einheit Fahrenheit 

verwendet. Sie spielt dort aber nur im Alltag und nicht in der Wissenschaft und 

Technik eine Rolle. 

Vielleicht gibt euch eure Lehrerin oder euer Lehrer in Mathematik einige 

Aufgaben zur Übung im Umrechnen verschiedener Temperatureinheiten! 

Bei den meisten Thermometern wird die 

Ausdehnung von Flüssigkeiten, die ihr bei 

Versuch 2 in Arbeitsblatt 1.15a kennen 

gelernt habt zur Temperaturanzeige 

genutzt. In billigen Thermometern ist die 

Flüssigkeit gefärbter Alkohol, in teureren 

das giftige Metall Quecksilber. 

Vorsicht, falls so eines bricht!!! 

In der Schule verwenden wir daher lieber 

moderne, elektronische Thermometer, die 

alle in irgendeiner Weise ähnlich 

funktionieren, wie ihr es in Versuch 3 in 

Arbeitsblatt 1.15a gesehen habt. 

Wenn eure Gruppe viel Zeit hat, könntet ihr 

euch mit der Geschichte von Thermometern 

und unterschiedlichen Einheiten auch noch 

näher beschäftigen! 

23,2 


1.15b


Uns alle interessieren Temperaturänderungen meist im Zusammenhang 

mit dem Wetter. Habt ihr einmal versucht, über eine bestimmte Zeit 

Temperaturänderungen zu beobachten oder aufzuschreiben? 

Ihr braucht: 

ein gemeinsam mit einem Eiswürfel im Gefrierfach gefrorenes Thermometer 

ein Glas (es könnte zusammen mit dem Eiswürfel und dem Thermometer im Gefrierfach 

gekühlt werden) 

einen Gasbrenner und ein Keramiknetz 

eine Stoppuhr 

Macht zuerst auf einem Blatt Papier eine Tabelle: 

Zeit in Minuten 

Temperatur in Zentigrad 

Ihr solltet darin für ca. 30 Messungen Platz haben. 

Nehmt den Eiswürfel und das Thermometer aus 

dem Gefrierfach. 

Stellt beides in das Glas. Lest die 

Temperaturanzeige ab, entzündet den Gasbrenner 

und startet gleichzeitig die Stoppuhr. 

Messt im Abstand von jeweils einer Minute die 

Temperatur. Verkürzt die Zeitabstände auf 1/2 

Minuten, sobald der Eiswürfel kleiner geworden 

ist. 


Nachdem, nach einigen Minuten, das Wasser zu 

sieden begonnen hat könnt ihr den Brenner 

abstellen und das Glas abkühlen lassen. 

Erstellt auf Blatt 1.16b eine Grafik, bei der die 

Zeitabstände (Minutenskala) auf der X-Achse und 

die jeweilige Temperatur auf der Y-Achse 

eingetragen werden. 

1. Diskutiert die Versuchsreihe und die Ergebnisse in der Gruppe. 

2. Könnt ihr eine Erklärung dafür finden, dass es zu einem 

“Temperaturstillstand” kommen kann? 

3. Brennendes Gas gibt Energie an das Wasser ab, versucht, zu erklären, was 

an den jeweiligen Stufen der Grafik mit dem Wasser geschieht. 


1.16a




1.16b


1 kg Zucker und 2 kg Salz ergeben zusammen eine Masse von 3 kg. 

Die Möglichkeit, so addiert zu werden, ist eine der Eigenschaften von 

“Wie viel” Größen. 

Aber wie verhält es sich mit der physikalischen Größe “Temperatur”? " 

o 

Ihr braucht: 

4 verschieden große Bechergläser 


warmes und kaltes Leitungswasser 

ein elektronisches Thermometer 

1. 

o 

Glas A wird zur Hälfte mit ca. 21 C warmem Wasser 

(Zimmertemperatur) gefüllt. Messt die Temperatur. Gebt 

dann 1/3 davon in Glas B und den Rest in Glas C. Messt in 

diesen beiden Gläsern auch die Temperatur. 

o o o 

A Temp C B Temp C C Temp C 

Kann man die Temperatur durch Division teilen? 


2. 

o 

Gebt kaltes Wasser in Glas D ( ca. 15 C ), warmes Wasser 

o 

in Glas E (ca. 35 C ). Messt in beiden Gläsern die 

Temperatur. Gebt den Inhalt beider Gläser zusammen in 

Glas F und messt die Temperatur. 

o o o 

D Temp C E Temp C F Temp C 

Kann man Temperaturen addieren?? 

1. Hat die Temperatur die gleichen Eigenschaften wie die physikalischen Größen Masse, 

Länge oder Volumen? Versucht innerhalb der Gruppe eine Antwort zu finden. 

o 

2. Wenn ihr100 ml Wasser mit einer Temperatur von 80 C habt, und dann 10 ml davon 

in ein kleineres Glas gebt. Welche Temperatur hat dann eurer Meinung nach das 

Wasser im kleineren Glas. 

o 

3. Wenn man nachmisst, kommt man auf ungefähr 74 C . Wie könnte man das erklären? 


1.17a


Eine neue physikalische Größe mit neuen Eigenschaften 

Temperatur ist eine physikalische Größe und ihre Einheit ist das Gradmaß, aber sie 

unterscheidet sich von den bisher besprochenen Größen. Masse, Länge und 

Volumen sind extensive Größen, für die wir den Spitznamen: “Wie viel” verwendet 

haben. 

Sie können addiert und dividiert werden und sagen uns etwas über die Menge 

eines Stoffes. 

Die Temperatur kann weder addiert noch dividiert werden. Sie kann für große und 

kleine Dinge den gleichen Wert haben. Sie sagt uns etwas über die Qualität von 

Stoffen. 

Solche physikalische Größen werden als intensive Größen bezeichnet. Wir können 

ihnen den Spitznamen “Wie stark” geben. 

Temperatur ist eine intensive Größe - eine “Wie stark” - Größe. 

Ihr werdet später weitere extensive und intensive Größen kennen lernen. 

Hier sind dazu einige Beispiele: 


Dichte: 

Druck: 

Spezifische Wärme: 

usw. 

Masse pro Volumen 

Kraft pro Fläche 

Änderung der inneren Energie durch Änderung der Masse 

Für die spezifische Wärme findet ihr im letzten Arbeitsblatt ein kleines Experiment, 

um eine erste Erfahrung mit einer weiteren “Wie stark” - Größe zu machen. 


1.17b


Ihr braucht: 

2 Dreifüße mit Keramiknetzen 

2 Gläser mit 250 ml - 300 ml Volumen 

1 100 g Blech - Massenstück (”Gewicht”) 

Wasser 


1 Digitalthermometer 

1 Gasbrenner 

1 Stoppuhr 


In einem Glas befinden sich 200 ml ( 200 g ) Wasser, im anderen 100 ml ( 100 g) Wasser und 

100 g Blech. 

o 

Die Wassertemperatur sollte ca. 20 C betragen. 

o 

Erwärmt nun hintereinander die beiden Gläser auf 80 C . Messt die Zeit bis zum Erreichen 

dieser Temperatur jeweils mit der Stoppuhr und tragt das Ergebnis in der Tabelle ein. 

200 g Wasser sek 

100 g Wasserr + 100 g brass sek 

Habt ihr dafür eine Erklärung?? 

"Messen und Physikalische Größen”. 

1.17c

Messen und Physikalische Größen - schule.at

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