Aufbau und Gestaltung von Demonstrationsexperimenten zu ...

7. ZusammenfassungZiel dieser wissenschaftlichen Arbeit war die Entwicklung und Gestaltung von schülergerechtenDemonstrationsexperimenten zu Drehimpuls und Trägheitsmoment, welcheden Lernenden einen Einblick in die Theorie der im alltäglichen Leben vielfach anzutreffendenDrehbewegungen ermöglichen sollen. Die Experimente sind zunächst füreinen Einsatz in dem für Lehramtsstudierende ausgerichteten Laborkurs für Demonstrationsexperimentevorgesehen und sollen das Versuchsangebot im Bereich der Mechanikerweitern. Aufgrund der schülergerechten Auslegung der Versuche ist auch eineAnwendung in der Schule denkbar, die jedoch sowohl durch das teure Zubehör undbei selbständiger Anfertigung auch durch die zeitintensive Bauphase als auch durchdie geringe Beachtung in den Bildungstandards verhindert werden könnte.Die auf einen phänomenologischen Erkenntnisgewinn ausgerichteten Demonstrationsexperimentezu Drehimpuls und Trägheitsmoment basieren auf der Kopplung vonrotierenden Schwungrädern unterschiedlicher Trägheitsmomente. In Zusammenarbeitmit der Mechanik-Werkstatt des Physikalischen Instituts konnte ein Versuchsaufbauentwickelt werden, welcher die Kombination der rotierenden Objekte mithilfe zweierverschiedener Kupplungselemente als Drehstoß verwirklicht. Während eine der beidenVerbindungskomponenten für die Simulation eines nahezu elastischen Drehstoßes verantwortlichist, lässt sich mit dem zweiten Element ein unelastisches Zusammenfügender rotierenden Räder realisieren. Für die Analyse und Interpretation der bei denDrehstößen auftretenden Bewegungserscheinungen ist die Verwendung der zwischenTranslation und Rotation bestehenden Analogie vorgesehen. Wird den Drehstößenihr Pendant aus der Translationsmechanik zugeordnet, so können die translatorischenBewegungsmerkmale durch Austausch der analogen Größen auf die Drehbewegungender Schwungräder übertragen werden und erlauben somit Aussagen über die bei derRotation auftretenden Größen des Drehimpuls und Trägheitsmoments.Die im Rahmen dieser Staatsexamensarbeit entwickelten Demonstrationsexperimenteerlauben den Schülern gemäß der in den Bildungsstandards aufgeführten Anforderungeneinen Erkenntnisgewinn auf qualitativer Ebene. Für die Größe des Drehimpulseshaben die Versuchsaufbauten die Bestätigung des zugehörigen Erhaltungsgesetzessowie die Demonstration des Vektorcharakters ermöglicht. Durch Drehstößezweier Schwungräder unterschiedlicher Trägheitsmomente wurde gezeigt, dass sowohldie Masse eines Körpers als auch ihre Verteilung bezüglich der Drehachse die Größedes Trägheitsmoments beeinflussen. Für die Erarbeitung dieser Erkenntnisse wurdedas Drehverhalten der Schwungräder analysiert. Die hierfür registrierten Drehzahlenzeigten zwar aufgrund von Reibungsverlusten Abweichungen von den theoretisch101