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Lektion 06Bewegung und Konstruktion Können Gummibänder ein Fahrzeug bewegen?STC ®HinweiseDies ist die erste Lektion bei der die Schüler Schutzbrillen tragen sollten.MaterialJeder Schüler benötigt:1 Laborjournal1 SchutzbrilleJede Arbeitsgruppe benötigt:1 Datenblatt 6: „Testen des Gummibandantriebs”1 Bleistift mit Radiergummi1 Standardfahrzeug3 schmale Gummibänder, miteinander verbunden70MATERIALPROBE
STC ®Bewegung und Konstruktion Können Gummibänder ein Fahrzeug bewegen?Lektion 06Lektion im DetailHintergrundPhysikalischer Hintergrund: Energie, Energieformen und EnergieumwandlungDie Fähigkeit Arbeit zu verrichten, wird Energie genannt und ist eine Grundgröße derPhysik. Viele natürliche Energiequellen sind den Schülern vertraut. Die Energie der Sonneerwärmt die Erde und ermöglicht das Wachstum der Pflanzen. In Holz und Kohle istchemische Enegie gespeichert. Die durch deren Verbrennung frei werdende Wärme wirdzum Heizen von Wohn- und Geschäftshäusern genutzt. Windenergie kann Windmühlenantreiben und Segelschiffe bewegen. Die Schüler haben möglicherweise schon einintuitives Verständnis von gespeicherter Energie. Unsere Körper nutzen die Energie, diein der Nahrung gespeichert ist, ein Kamerablitz nutzt die Energie, die in seinen Batteriengespeichert ist und ein Auto nutzt die im Benzin gespeicherte Energie.Es gibt viele unterschiedliche Energieformen. Energie der Lage oder potentielleEnergie ist Energie, die freigesetzt werden kann. In Lektion 3 haben die Schüler eineMöglichkeit zur Speicherung von Energie kennen gelernt, indem sie die Unterlegscheibenam Schnurende vom Boden auf die Höhe der Arbeitsfläche anhoben. Als die Schüler dieUnterlegscheiben losließen, hat die Schwerkraft diese nach unten gezogen und die Schnurzog das Fahrzeug über die Arbeitsfläche. Während sich die Unterlegscheiben nach untenbewegten, wurde die gespeicherte Energie in Bewegungsenergie umgewandelt, sowohlin Bewegungsenergie des Fahrzeugs als auch in Bewegungsenergie der Unterlegscheiben.Physiker nennen die Bewegungsenergie kinetische Energie.Die in Gummibändern gespeicherte Energie kann man spüren. Wenn Sie die Enden einesGummibandes festhalten und ihre Hände langsam auseinander bewegen, dehnt sich dasGummiband und sie können fühlen, wie es ihre Hände zueinander zieht. Die Schülerspeichern Energie in den Gummibändern indem sie sie um die Welle ihres Fahrzeugswickeln und die Gummibänder dadurch dehnen.Wenn gespeicherte Energie freigesetzt wird, verändert sie ihre Erscheinungsform. Wennz.B. ein Bogenschütze den Bogen spannt, biegt sich das Holz und die Sehne dehnt sich.Der Bogenschütze hat Energie im Holz des Bogens und in der Sehne gespeichert. Wennder Schütze die Sehne loslässt, wird die gespeicherte Energie in die Bewegungsenergiedes Pfeils umgewandelt. Ebenso ist in den um die Welle des Fahrzeugs gewickeltenGummibändern Energie gespeichert. Lassen die Schüler das Fahrzeug los, wickelt sich dasgedehnte Gummiband ab und treibt die Welle an. Die gespeicherte Energie (potentielleEnergie) wird in Bewegungsenergie (kinetische Energeie) des Fahrzeugs umgewandelt.Eine Welle überträgt im Gegensatz zu einer Achse ein Drehmoment. Eine Achsedient nur zum Tragen oder Lagern von Rädern. Daher ist nur die feste Vorderachse desStandardfahrzeugs tatsächlich eine Achse, die „drehbare Hinterachse” hingegen wird vonden aufgewickelten Gummibädern in Rotation versetzt. Sie ist eine Welle.Umsetzung im KlassenraumWährend einer Phase des freien Ausprobierens beobachten die Schüler, wie sich ihreFahrzeuge mithilfe der Energie von gedehnten Gummibändern bewegen. Danachbefestigen sie in einer systematischen Untersuchung das eine Ende der miteinanderverbundenenen Gummibänder an der festen Achse des Fahrzeugs und wickeln das andereEnde um die „frei drehbare Achse”, die Welle. Während die Schüler die Welle drehen,um die Gummibänder aufzuwickeln, erhöht sich die Energie, die in den Gummibänderngespeichert ist.MATERIALPROBE71
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