große - Rheinisch-Westfälisches Berufskolleg Essen

Physik für Schülerinnen und Schüler
mit sonderpädagogischem Förderbedarf
im Förderschwerpunkt Hören und Kommunikation
im Bildungsbereich der Sekundarstufe I
Mechanik
Handreichungen
Dieses Projekt wurde gefördert vom

Diese Handreichung wurde erarbeitet in einer Arbeitsgruppe beim
Landesinstitut:
R. Schmitz (Bearb.), Rheinisch-Westfälisches Berufskolleg Essen
H. Austermann, Rheinische Schule für Gehörlose, Euskirchen
M. Krönert, Landesinstitut für Schule und Weiterbildung, Soest
R. Meier, Rheinische Schule für Gehörlose, Euskirchen
L. Ziegler, Westfälische Schule für Gehörlose, Büren
Produktion:
Landeselternverband
gehörloser u. schwerhöriger Kinder und Jugendlicher
Nordrhein-Westfalen e. V.
Kerckhoffstr. 100, 45144 Essen, Telefon 0201 755609
Produktionsleitung: H. Peters
Digitalisierung/Grafiken; D. Koschorreck
Korrekturhinweise, Verbesserungen, Kritik usw.an: peters@rwb-essen.de

VORWORT
Der vorliegende Entwurf „Physik in Schulen für Gehörlose, MECHANIK“
wurde von einer Arbeitsgruppe im Landesinstitut für Schule und Weiterbildung
erstellt. Ziel war es, für gehörlose Schülerinnen und Schüler Arbeitsmaterialien
zu entwickeln, die ihnen trotz ihrer Behinderung Zugang zum Thema
MECHANIK eröffnen und physikalisches Grundlagenwissen vermitteln.
Gleichzeitig sollen diese Materialien den Lehrerinnen und Lehrern dazu dienen,
das Thema MECHANIK methodisch-didaktisch, in Lernschritte gegliedert, zu
bearbeiten.
Die Handreichung enthält Arbeitsblätter, auf deren Vorderseite ein Lernschritt
grafisch mit wenigen sprachlichen Erläuterungen dargestellt ist und auf deren
Rückseite die jeweiligen Lernziele und methodischen Hinweise zu finden sind.
Diese Arbeitsblätter geben den Lehrerinnen und Lehrern Anregungen zur Unterrichtsgestaltung,
insbesondere zu physikalischen Versuchen. Diese wurden von
den Mitgliedern der Arbeitsgruppe wiederholt erprobt. Die Arbeitsblätter können
- falls eine Versuchsdurchführung nicht möglich sein sollte – als Arbeitsmittel
im Unterricht eingesetzt werden. Für einen solchen Einsatz empfiehlt es
sich, eine Folie für den Tageslichtschreiber anzufertigen. Sie sind aber auch zur
Vertiefung und Lernkontrolle nach der Durchführung von Versuchen geeignet.
Erhalten die Schülerinnen und Schüler die Arbeitsblätter in der vorgesehenen
Reihenfolge – möglicherweise ergänzt durch Zusatzmaterialien – entsteht für sie
ein Arbeitsheft MECHANIK, auf das sie bei Notwendigkeit zu einem späteren
Zeitpunkt zurückgreifen können, um Inhalte zu wiederholen oder Erläuterungen
zu nutzen.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Mechanik
1 Bewegung und Verformung 5
2 Stöße zwischen leichten und schweren Körpern 53
3 Von der Stoßfolge zur Kraft 79
4 Hebel übertragen Stöße und Kräfte 133

1 Bewegung und Verformung
5

1.1.1 Verformung beim Zusammenstoß
Zuerst: Beide Bälle sind rund.
Dann: Beide Bälle sind oval.
Warum?
Der rechte Ball macht den linken Ball platt und stößt ihn weg.
Der linke Ball macht den rechten Ball platt und stößt ihn weg.
Wenn sich die Bälle voneinander fortbewegen, dann werden sie
wieder rund.
7
i Verformung / sich verformen
Die Bälle ändern ihre Form. Sie verformen sich. Wenn sich die Bälle stark (schwach)
verformen, dann ist die Verformung groß (klein).

1.1.1 Verformung beim Zusammenstoß
Lernziele:
Der Schüler soll im Spiel erfahren,
- dass sich beide Bälle beim Zusammenstoß verformen.
- dass sich die Bewegungsrichtung der Körper durch den
Zusammenstoß verändert.
8
Er soll erkennen,
- dass die eigene Bewegungsrichtung durch den Zusammenstoß auf
den Spielpartner übertragen wird.
- dass er selbst die Bewegungsrichtung des Spielpartners erfährt.
- dass also ein Austausch der Bewegungsrichtungen stattfindet.
Hinweis:
In der Alltagserfahrung deutet der Schüler den Vorgang als ein ‚Sichgegenseitig-Abstoßen’.
Es ist deshalb vorteilhaft, folgende Arbeitsanweisung zu geben:
Du darfst den Ball nur halten.
Du darfst mit dem Ball nicht stoßen.
Der Versuch lässt sich auch mit Schülern auf Rollbrettern etc. durchführen.

9
1.1.2 Verformung bei gleich großen und gleich schweren Körpern
Gieß etwas Wasser in den Luftballon!
Blas dann den Luftballon auf!
Nimm mehr Wasser! Probier!
Nimm sehr viel Wasser! Probier!
Probier auch ohne Wasser!
Beobachte genau!

10
1.1.2 Verformung bei gleich großen und gleich schweren Körpern
Lernziele:
Der Schüler soll beobachten,
- dass sich die beiden mit Wasser gefüllten Luftballons beim
Zusammenstoß verformen.
- dass sich die Form der Ballons während des Zusammenstoßes so
lange verändert, bis sich schließlich die neue Bewegungsrichtung
einstellt.
Der Schüler soll durch dieses (‚übertriebene’) Beispiel erkennen, dass das Wort
‚Zusammenstoß’ einen (zeitlich ausgedehnten) Vorgang beschreibt.
Hinweis:
Dieser Versuch sollte mit
- unterschiedlich stark aufgeblasenen Ballons und
- mit unterschiedlich großer Wasserfüllung
durchgeführt werden.
Durch Projektion der Ballonschatten wird der Vorgang zusätzlich betont.

11
1.1.3 Kannst Du die Verformung sehen?
?
zuerst später
Was ist anders?
Metallkugel
Metallplatte
Schaumstoff
Hat sich die Metallkugel verformt?
Hat sich die Metallplatte verformt?

1.1.3 bis 1.1.4
Lernziele:
Der Schüler soll
Hinweis:
12
• eine Metallkugel aus unterschiedlicher Höhe gezielt auf
eine Metallplatte fallen lassen können.
• mit der Lupe unterschiedliche Abdrücke beobachten und
den Fallversuchen zuordnen können.
• Er soll erkennen, dass der Abdruck ein Beleg für die
Verformung beim Zusammenstoß ist.
• dass die Größe des Abdrucks ein Maß für die Stärke der
Verformung darstellt.
• dass die unterschiedliche Höhe, aus der die Kugel fällt, eine
unterschiedliche Geschwindigkeit der Kugel beim Aufprall
bewirkt.
• dass unterschiedliche Geschwindigkeiten unterschiedliche
Verformungen bewirken.
• dass also beim Zusammenstoß außer der
Bewegungsrichtung (vgl. 1.1.1) auch die Geschwindigkeit
der Körper von Bedeutung ist.
Bei den Versuchen aus großer Höhe ist wegen evtl. Verletzungsgefahr Vorsicht
geboten.
In der Regel kommt es zu Mehrfachaufschlägen mit sinkender Höhe. Da die
Fallrichtung der Metallkugel nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit senkrecht
zur Metallplatte erfolgt, ist der Weg der Kugel von Aufprall zu Aufprall gut
beobachtbar. Deshalb können die unterschiedlichen Abdrücke sicher zugeordnet
werden.

13
1.1.4 Wir machen die Verformung sichtbar.
Leg ein Kohlepapier auf die Metallplatte!
Zuerst:
Die Kugel fällt aus kleiner Höhe.
Nimm die Lupe!
Auf der Kugel ist ein kleiner Fleck.
Dreh das Kohlepapier um!
Lass die Kugel fallen!
Wo ist der kleine Fleck?
Später:
Die Kugel fällt aus großer Höhe.
Nimm die Lupe!
Auf der Kugel ist wieder ein Fleck.
Aber: Der Fleck ist größer.
Du weißt: Die Kugel hat sich
verformt.
Aber Du hast es nicht gesehen.
Warum?
Die Bewegung war zu schnell.
Die Verformung war zu klein.
Dreh das Kohlepapier um!
Lass die Kugel noch einmal fallen!
Schau auf den Fleck auf der
Metallplatte!
Leg ein weißes Papier
unter das Kohlepapier!

.
14

15
1.1.5 Ein schwerer und ein leichter Körper stoßen zusammen.
Schau Dir das Bild auf Seite 7 an!
Was ist anders?
Was ist gleich?
schwer leicht
zuerst:
dann:
dann:

16
1.1.5 Ein schwerer und ein leichter Körper stoßen zusammen.
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren,
• dass sich die Bälle beim Zusammenstoß verformen.
• dass sich das Schlauchboot nach dem Zusammenstoß langsamer
vorwärts bewegt.
• dass sich die Luftmatratze nach dem Zusammenstoß rückwärts
bewegt.
Er soll erkennen, dass beim Zusammenstoß neben der Bewegungsrichtung der
Körper (vgl. 1.1.1) und ihrer Geschwindigkeit (vgl. 1.1.3) das Gewicht von
Bedeutung ist.

17
1.1.6 So kannst Du die Verformung stärker machen..
Das Mädchen sitzt auf dem Ball.
Es fängt den Ball.
Das Mädchen sitzt auf einem Schlauch.
Es fängt den Ball.
Beobachte!
Was ist gleich?
Was ist anders?

18
1.1.6 So kannst Du die Verformung stärker machen..
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren,
• dass beim Auffangen eines Balles ein Zusammenstoß zwischen
dem Ball und den Händen stattfindet.
• dass der Stoß des Balles über die Hände auf den ganzen Körper
übertragen wird.
• dass diese Übertragung (bei einem festen Untergrund) nicht
sichtbar werden muss.
• dass man diese Übertragung mit einem „federnden“ Untergrund
verstärkt sichtbar machen kann.
Hinweis:
Der „besondere“ Untergrund wird hier als Indikator für einen Stoß eingeführt.

19
1.1.7 An der Verformung kannst Du die Bewegung erkennen..
Das Kind fängt den Ball.
Beobachte das Kind und den Schlauch.
Spiel und beobachte!
Du kannst den Ball nicht sehen.
Warum?
Wirft das Kind den Ball?
Fängt das Kind den Ball?

20
.1.1.7 An der Verformung kannst Du die Bewegung erkennen..
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren,
• dass auch beim Werfen eines Balles zwischen dem Ball und den
Händen ein Zusammenstoß stattfindet.
• dass auch dieser Stoß von den Händen auf den ganzen Körper
übertragen wird.
Der Schüler soll die spielenden Kinder beobachten und auf die Indikatoren
achten.
Hinweis:
Der Zusammenstoß beim Werfen wird deutlicher, wenn der Ball nach Art des
Aufschlages beim Volleyball-Spiel zugeschlagen wird.

1.1.8
21
Kind 1 Kind 2
Kind 2 soll den Ball werfen.
Beobachte!
Beobachte noch einmal!
Was ist anders?
Die Kinder werfen den Ball hin und her.
Beobachte!

1.1.8
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren, dass auch beim Werfen der Stoß durch einen
‚federnden’ Untergrund deutlich sichtbar gemacht werden kann.
22
Der Schüler soll erkennen, dass die Bewegung des ‚federnden’ Untergrundes
durch Stöße beim Werfen und Fangen verursacht werden.
Hinweis:
Beim Spielen sollten beide Schüler auch auf festem Untergrund stehen und
versuchen, möglichst keine Bewegung unterhalb des Vorhangs sichtbar werden
zu lassen. Hierdurch wird die Funktion des Indikators hervorgehoben.

1.1.9
23
So
und so !
So können die Kinder auch spielen.
Was geschieht? Überlege!
Wenn Du das rechte Kind besser beobachten willst, dann
musst Du etwas verändern?
Was? 1. …………..
2. …………..

1.1.9
Lernziele:
24
Der Schüler soll erfahren,
• dass die Bewegung des ‚federnden’ Untergrundes eine Bewegung des Rollbrettes
auslöst.
• dass die Bewegungsrichtung für das Kind auf dem ‚federnden’ Untergrund nach dem
Stoß beim Fangen und Werfen gleich ist.
Hinweis:
Der Schüler soll die Versuchsbedingungen in der Spielsituation variieren.

25
1.1.10 So kann eine Bewegung entstehen.
Das Kind wirft die Bälle nacheinander.
Beobachte!
Schwere Bälle
Kannst Du einen Pfeil für den Weg des Wagens einzeichnen?
Probier auch
so:
Beobachte!
Kannst Du einen Pfeil für den Weg des Wagens einzeichnen?
Was kommt aus dem Luftballon
heraus?
Wohin fliegt der Luftballon?
Male einen Pfeil!

26
1.1.10 So kann eine Bewegung entstehen.
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren, dass eine auf einander folgende Reihe von Stößen
eine auf einander folgende Reihe von Bewegungen des Wagens in eine Richtung
bewirkt.
Er soll beobachten, dass im 2. Versuch das ausfließende Wasser eine Bewegung
verursacht.
Er soll im 3. Versuch Vermutungen über die Ursache der Bewegung des
Luftballons anstellen.

27
1.2.1 Bälle stoßen seitlich gegeneinander.
Der Junge springt mit dem Hüpfball.
Von oben gesehen:
Das Mädchen stößt gegen den Ball.
?
Der große Ball rollt.
Der Junge springt mit dem Hüpfball gegen den großen Ball.
Was macht der große Ball, wenn er mit dem Hüpfball zusammenstößt?

28
1.2.1 Bälle stoßen seitlich gegeneinander.
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren, dass sich die Bewegungsrichtung eines rollenden Balls durch einen
seitlichen Stoß ändert.
Er soll beobachten, dass sich die Bälle beim Zusammenstoß verformen.
Er soll erkennen, dass diese Änderung abhängt von
- der Geschwindigkeit der Körper.
- ihrer Bewegungsrichtung beim Zusammenstoß.
- der Stelle auf der Oberfläche der Körper, wo der Zusammenstoß erfolgt.
Hinweis:
Ein Zusammentreffen der Körper im rechten Winkel (vgl. 1.2.1, Abb. unten) ist im Spiel ein
Sonderfall.

1.2.2 Wer wird zur Seite gestoßen?
1
2
29
1 stößt den Wagen.
2 Sitzt auf dem Wagen.
3 und 4 stützen den Balken mit den Füßen.
Der Wagen stößt gegen den Balken.
Der Balken stößt gegen den Wagen.
Beobachte!
3 4
Die Kinder probieren es anders: 3 und 4 schieben den Wagen.
2 sitzt auf dem Wagen.
1 stützt den Balken mit den Füßen.
Beobachte!

1.2.2 Wer wird zur Seite gestoßen?
Lernziele:
30
Der Schüler soll erfahren, dass beim Zusammenstoß eines bewegten Körpers mit
einem ruhenden Körper
• der Stoß bei beiden Körpern spürbar ist und
• bei unterschiedlichen Körpern auch unterschiedliche Kräfte
empfunden werden.
Er soll beobachten,
• dass der Wagen durch den Zusammenstoß mit dem Balken eine
andere Bewegungsrichtung erhält.
• dass die Bewegung der Kinder hinter dem Balken ein Indikator
für den Zusammenstoß ist.
• dass sich beim Zusammenstoß auch die Bewegung der Kinder
auf bzw. hinter dem Wagen ändert.
Er soll erkennen,
• dass ein bewegter Körper beim Zusammenstoß umso stärker in
Bewegung gesetzt wird, je leichter er ist.
Hinweis:
Die Schüler sollen die Versuchsbedingungen in der Spielsituation variieren.

1.2.3 Wer wird zur Seite gestoßen?
31
Lass das Auto los!
Beobachte!
Beobachte!
Was ist anders?
Beobachte!
Der Stab ist aus Styropor.
Der Stab ist aus Holz.
Der Stab ist festgemacht.

1.2.3 Wer wird zur Seite gestoßen?
Lernziele:
32
Der Schüler soll erfahren,
• dass beim Zusammenstoß eines bewegten Körpers mit einem
leichteren ruhenden Körper der bewegte Körper nur wenig
abgelenkt und der ruhende Körper beschleunigt wird.
• dass beim Zusammenstoß eines bewegten Körpers mit einem
schweren ruhenden Körper der bewegte Körper deutlich
abgelenkt wird und der ruhende Körper nur wenig beschleunigt
wird.
• dass beim Zusammenstoß eines bewegten Körpers mit einem
extrem schweren ruhenden Körper der bewegte Körper stark
abgelenkt wird und der ruhende Körper keine sichtbare
Beschleunigung erfährt.
Hinweis:
Dem Schüler sollte verdeutlicht werden, dass der mit dem Tisch verbundene
Holzstab einen neuen Körper (nämlich ‚Tisch + Holzstab + Schraubzwingen’)
darstellt.
Man kann dazu
- die Schüler den Holzstab anfassen und so den Tisch wegziehen
lassen und
- mit einem Indikator (z.B. Tischtennisball, an einer Schnur
aufgehängt) den Zusammenstoß sowohl am Holzstab als auch an
den Schraubzwingen und den Tischbeinen nachweisen.

1.2.4
33
?
Die Schrauben halten die Stäbe fest.
Zeichne einen Pfeil für den Weg des Autos!
Probier!
Vergleiche mit Seite 31.
?
Zeichne einen Pfeil für den Weg des Autos!
Probier und vergleiche!

1.2.4
Lernziele:
34
Der Schüler soll beobachten,
• dass bei mehrfachen Zusammenstößen eines bewegten Körpers
mit ruhenden (erheblich) schwereren Körpern eine mehrfache
Richtungsänderung bewirkt wird.
• dass diese mehrfache Richtungsänderung bei geeigneter Lage
der ruhenden Körper eine annähernd kreisförmige Bewegung
verursachen kann.
• dass eine zunehmende Dichte kleiner Ablenkungen die
Gleichmäßigkeit der Bewegungsänderung erhöht.

1.2.5
Der Boden ist glatt.
Viele Glaskugeln liegen auf dem Boden.
Die Styroporplatte mit dem Zug liegt auf dieser Kugel.
Lass den Zug fahren!
Der Zug fährt. Beobachte!
Halt den Zug an!
Der Zug hält. Beobachte!
35
Probier es anders!
Leg die Styroporplatte mit dem Zug auf Sand!

1.2.5
Lernziele:
36
Der Schüler soll beobachten,
• dass beim Anfahren und Anhalten des Zuges sowie beim
befahren der Kurven der Untergrund (Schienen + Gleiskörper +
Platte) bei einer Lagerung auf Kugeln eine Ausweichbewegung
macht.
• dass diese Ausweichbewegung bei Lagerung auf Sand
unauffällig wird.
Er soll erkennen,
• dass die Ausweichbewegung ein Indikator für Stöße ist.
• dass diese Stöße zwischen den Rädern (+ Achsen + Gehäuse der
Lok und der Wagen) und den Schienen (+ Gleiskörper + Platte)
stattfinden.
• dass also Schienenfahrzeuge von den Schienen durch die
Kurven gestoßen werden, bzw. sich beim Anfahren und
Anhalten an den Schienen stoßen.
Hinweis:
Im Unterricht sollen weitere Beispiele für ähnliche Kreisbewegungen (auch
ohne Schienen) benannt und erörtert werden; z.B. Wasser und Personen auf
einer spiralförmigen Rutsche im Freizeitbad.
Dabei sind folgende Fragen hilfreich:
• Wer / Was bewegt sich?
• Was ist der ruhende Körper?
• Welcher Körper ist deutlich schwerer?
• An welcher Stelle stoßen sich die Körper?
• etc.

1.2.6
?
37
Auf der Straße
Am Strand auf Sand
Im Winter.
Auf der Straße ist Eis.
Was hat sich verformt?
Was hat sich verformt?
Wohin fährt das Auto?
Keine Verformung.

1.2.6
Lernziele:
38
Der Schüler soll erkennen,
• dass auch bei nicht-schienengebundenen Fahrzeugen eine
Kurvenfahrt auf einer Stoßfolge beruht.
• dass beim Ausbleiben von Stößen eine Kurvenfahrt nicht
möglich ist.
Hinweise:
Im Beispiel 1 kann die Verformung am Reifen (R) gut beobachtet werden,
während sie am Straßenbelag (ST) nicht sichtbar ist. Die Verformung ist ein
Indikator für Stöße: Kurvenfahrt.
Im Beispiel 2 verformen sich R und ST. Die Verformung ist ein Indikator für
Stöße: Kurvenfahrt.
Im Beispiel 3 verformen sich R und ST nicht. Keine Verformung, also keine
Stöße: keine Kurvenfahrt.

39
1.2.7 So kannst Du auch in die Kurve fahren.
Oder so!
Auf dem Kettenkarussell
Auf der „Raupe“

40
1.2.7 So kannst Du auch in die Kurve fahren.
Hinweise:
Ein Körper kann sowohl durch Schienen oder eine andere Führung in eine
kreisförmige Bewegung versetzt werden, als auch durch eine zentrale Führung
mit einer Verbindung vom Zentrum zum Körper.
Aus der Alltagserfahrung wird diese Form der Einwirkung als ‚Zug’ bezeichnet.
Für das Erleben der Kinder (vgl. 1.2.7, Abb. unten) ist es unerheblich, ob sie in
einem Wagen der ‚Raupe’ durch Zug gegen die Außenwand gepresst werden,
oder z.B. auf der ‚Achterbahn’ (ohne Abb.) durch Stöße.
Im Unterricht erfahren die Schüler später, dass ein andauernder ‚Zug’ durch eine
Stoßfolge verursacht wird, dass also ‚Stoß’ der physikalische Oberbegriff zu den
Alltagsbegriffen ‚Stoß’ und ‚Zug’ ist.

1.3.1 .
Knetmasse
41
Spielzeug-Auto
(mit Federantrieb)
Vor dem Zusammenstoß: Vor dem Zusammenstoß:
schwer leicht
ruhig schnell
Nach dem Zusammenstoß: Nach dem Zusammenstoß:
schwer leicht
ruhig ruhig
verformt nicht verformt
Du kannst die Verformung an der Knetmasse gut sehen.
Das Auto bleibt ganz.
1 2
1 Der Rennwagen bleibt ganz.
Der Rennfahrer verletzt sich nicht.
Die Strohballen ……………….
2 Der Skifahrer verletzt sich nicht.
Der Fangzaun …………………
Wer / Was hat sich verformt?
Wer / Was hat sich nicht verformt?

1.3.1 .
Lernziele:
42
Der Schüler soll beobachten,
• dass der kleine bewegte Körper durch den Zusammenstoß nicht
verformt wird, aber zum Stillstand kommt.
• dass der große ruhende Körper durch den Zusammenstoß
verformt, aber nicht oder nur wenig bewegt wird.
Er soll – vor dem Hintergrund früherer Beobachtungen z.B. in
Fernsehsendungen von Ski-Abfahrten erkennen, dass dieses Verhalten von
Körpern genutzt werden kann, um Verletzungen zu vermeiden.

1.3.2 .
43
Streichholz-Schachtel
Ziegelstein
Lass das Auto los!
Vor dem Zusammenstoß: Vor dem Zusammenstoß:
………………….. ………………………..
…………………. ……………………….
Nach dem Zusammenstoß: Nach dem Zusammenstoß:
………………………… ……………………………
………………………….. ……………………………
Schau Dir die Seite 41 an!
Beobachte und überlege!
Was ist gleich? Was ist anders?

1.3.2 .
Lernziele:
44
Der Schüler soll beobachten,
• dass der kleine bewegte Körper durch den Zusammenstoß
verformt wird und dabei zum Stillstand kommt.
• dass der große ruhende Körper durch den Zusammenstoß nicht
verformt und nicht oder nur wenig bewegt wird.
In diesem Fall soll der Schüler aufgrund vorangegangener Beobachtungen oder
Erfahrungen erkennen, dass dieses Verhalten von Körpern in vielen Fällen
gefährlichen Alltagssituationen entspricht.
Hinweise:
Im Unterricht werden weitere Beispiele für Unfälle an großen, nichtverformbaren
Körpern gesucht und beschrieben. Es sollte dann beispielhaft
gezeigt werden, wie man mit ‚künstlichen’ Verformungsräumen die Nicht-
Verformbarkeit eines großen Körpers ausgleicht und damit die Gefährdung
vermindert.
Die Abbildung unten zeigt auch, dass sich der kleine Körper (Fahrgastzelle +
hinterer Teil des PKW) so verhält, als wäre er auf ein verformbares Hindernis
(großer nicht-verformbarer Körper + verformbares Vorderteil des Wagens)
getroffen. Diese Veränderung der Ausgangssituation gilt nur für den Moment
des Zusammenstoßes.

1.3.3 .
45
Der Ziegelstein liegt ruhig!
Probier noch einmal!
So:
Der Ziegelstein liegt ruhig. richtig
Die Schachtel ist verformt!
Beobachte das Wasser und den Schraubenzieher!
falsch

1.3.3 .
Lernziele:
46
Der Schüler soll beobachten, dass Wasserglas und Schraubenzieher Indikatoren
für die nicht beobachtbare Bewegung des Ziegelsteins sind.
Hinweis:
Das Gewichtsverhältnis von aufprallendem Auto und Ziegelstein muss so
gewählt werden, dass im 1. Versuch tatsächlich keine Bewegung des
Ziegelsteins beobachtet werden kann.
Der Stein muss ggf. anderweitig befestigt werden.
Sofern die Verformung der Schachtel misslingt, sollte ein ähnliches Teil aus
Papier vorbereitet werden.

1.3.4 .
Eimer mit Wasser
47
Lass die Kugel los!
Beobachte die Wasseroberfläche!
Ist das Wasser verformt? Ja Nein
Ist die Kugel verformt? Ja Nein
Was verformt sich?
Bleibt der Turmspringer
unverletzt?
Wie muss er springen?
so?
oder so?

1.3.5 .
Honig
Wasser
Honig
49
Wasser
Beobachte!
Schau Dir die Seite 41 an.
Vor dem Aufprall: ………………..
Nach dem Aufprall: ……………….
Überlege!
Zuerst
Später
Später

1.3.5 .
Lernziele:
50
Der Schüler soll
• die Veränderungen des Honigtropfens und der Honigoberfläche,
bzw. des Wassertropfens auf der Wasseroberfläche, beobachten
und den Bildern auf dem Filmstreifen zuordnen können.
• erkennen, dass die Heftigkeit der Reaktion auf den
Zusammenstoß von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt.
Hinweise:
Zu dem Versuch mit Wasser gibt es geeignetes Schulfilmmaterial. Es kann
davon ausgegangen werden, dass den Schülern dieses Verhalten von
Flüssigkeiten auch durch Fernsehwerbung (Kaffee) geläufig ist.

1.3.6 .
Ton (oder Knetmasse)
51
Das Kind wirft die Kugel.
Die Kugel ist auch aus Ton (oder Knetmasse).
Das Kind wirft viele Kugeln.
Beobachte!
Der Mond. Löcher (Krater) in der Mondoberfläche.

1.3.6 .
Hinweise:
52
Beim Versuch mit den Tonkugeln sollten unterschiedlich große Kugeln aus
verschiedenen Entfernungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit geworfen
werden.
Anschließend stellen die Schüler Vermutungen über die Einschläge auf der
Mondoberfläche an.

53
2 Stöße zwischen leichten und schweren Körpern

55
2.1.1 Zwei gleich schwere Körper stoßen aneinander.
Zu jeder Kugel gehört ein Pfeil.
Male eine Kugel und ihren Pfeil rot !

56
2.1.1 Zwei gleich schwere Körper stoßen aneinander.
Lernziele:
Der Schüler soll die vorgegebenen Symbole für:
• Bewegungsrichtung
• schnell/langsam
• kleine Masse/große Masse
den Versuchsbedingungen zuordnen können.
Er soll die Bedeutung zusammengesetzter Symbole kennen und dem graphisch
dargestellten Versuchsablauf (vorher – während – nachher) zuordnen können.
Er soll wissen, dass die nebenstehenden
Symbole Stellvertreter für die gegenseitige
Beeinflussung und Verformung
zusammenstoßender Körper sind.
Hinweise:
Bei den Pendelversuchen müssen die Kugeln exakt mittig (zentral) auf einander
treffen. Am besten gelingen die Versuche, wenn jede Kugel an zwei
Pendelschnüren (bifilar) aufgehängt wird.
Es ist sinnvoll, dass dem Schüler nach den Versuchen, auf den Arbeitsblättern
(Folien) die Schritte vorher – während – nachher noch einmal verdeutlicht
werden.

57
2.1.2 Zwei gleich schwere Körper stoßen aneinander.
Eine Kugel ist ruhig.
Mal diese Kugel blau!
Die ruhige Kugel hat keinen Pfeil.
Eine Kugel ist ruhig.
Mal diese Kugel blau!
Die ruhige Kugel hat keinen Pfeil.

58
2.1.2 Zwei gleich schwere Körper stoßen aneinander.
Lernziele:
Der Schüler soll erkennen, dass
- ein sich bewegender Körper einen ruhenden Körper beeinflussen
kann.
- der sich bewegende Körper den ruhenden Körper bewegt und dabei
selbst zur Ruhe kommt.
- der ruhende Körper später wieder in Bewegung gesetzt wird und
der sich bewegende Körper zur Ruhe kommt.
- sich beide Körper beim Zusammenstoß verformen.
Er soll die Symbole für die Bewegungsrichtung und Ruhe kennen lernen und
den Bildern sinnvoll zuordnen können.

59
2.1.3 Zwei gleich schwere Körper stoßen aneinander.
Nachher
Vorher
Eine Kugel bewegt sich schnell.
Mal die schnelle Kugel rot!
Schreib die Wörter schnell / langsam unter die Pfeile!
Eine Kugel bewegt sich schnell.
Mal die schnelle Kugel rot!
Schreib die Wörter schnell / langsam unter die Pfeile!

60
2.1.3 Zwei gleich schwere Körper stoßen aneinander.
Lernziele:
Der Schüler soll erkennen, dass
- sich zwei gleich schwere Körper unterschiedlich schnell bewegen
können.
- sich der langsamere Körper nach dem Zusammenstoß schneller und
der zuerst schnellere Körper sich nun langsamer bewegt.
Er soll langsame und schnelle Bewegung in den vorgegebenen Symbolen wieder
erkennen und den Bildern zuordnen können.
Methodischer Hinweis:
Der Lehrer kann die Symbole zuerst abdecken und anschließend kopieren. Die
Schüler schneiden die Symbole aus und kleben sie neben die entsprechenden
Bilder.
Das Symbol für die gegenseitige Verformung soll die Einsicht erleichtern, dass
beim Zusammenstoß ein Bewegungsaustausch stattfindet. Diese Einsicht soll
auf den folgenden Arbeitsblättern durch ständiges Zuordnen dieses Symbols zur
mittleren Abbildung gefestigt werden.

61
2.2.1 Zwei ungleich schwere Körper stoßen aneinander.
Nachher
Vorher
1
2
3
Zeichne die Kugeln in das Bild 3 ein!
Schneide die Pfeile aus!
Klebe sie neben die Bilder!

62
2.2.1 Zwei ungleich schwere Körper stoßen aneinander.
Lernziele:
Der Schüler soll den Zusammenstoß unterschiedlich schwerer Körper
beobachten und die Symbole
für die verformende
Wechselwirkung
für langsam und leicht
für schnell und schwer
kennen lernen und dem Versuchsaufbau zuordnen können.
Hinweise:
Die verschieden schweren Kugeln müssen so im Experiment aufgehängt
werden, dass sie sich exakt zentral treffen. Die Pendelschnur der kleineren
Kugel muss also länger sein als die der größeren Kugel.

63
2.2.2 Zwei ungleich schwere Körper stoßen aneinander.
Vorher
Die Kugeln stoßen aneinander.
Sie …………………….sich.
Mal die schnelle Kugel und ihren Pfeil rot!
Schreib die Wörter leicht / schwer unter den Pfeil!
Nachher
Zeichne die Kugeln in das Bild!
Suche die richtigen Pfeile aus und zeichne sie ein!
Setz ein!
verformen leicht schwer

64
2.2.2 Zwei ungleich schwere Körper stoßen aneinander.
Lernziele:
Der Schüler soll erkennen, dass beim Zusammenstoß eines leichten, schnellen
Körpers mit einem ruhenden, schweren Körper
• die schnelle und leichte Kugel die schwere und ruhige Kugel in
Bewegung setzt und gleichzeitig zurück gestoßen wird.
• die Geschwindigkeit der kleinen und leichten Kugel abnimmt
(erkennbar an der Höhe des Ausschlags).
Er soll die Symbole für leicht/schwer und schnell/langsam dem Versuchsablauf
zuordnen und begründen können.

65
2.2.3 Zwei ungleich schwere Körper stoßen aneinander.
3
1
2
Zeichne die Kugeln in das Bild 3 ein!
Suche die richtigen Pfeile aus und zeichne sie ein!
Schreib die Wörter
leicht / schwer unter die Pfeile!

66
2.2.3 Zwei ungleich schwere Körper stoßen aneinander.
Lernziele:
Der Schüler soll erkennen, dass beim Zusammenstoß zweier ungleich schwerer
aber gleich schneller Kugeln
• die schwere Kugel an Geschwindigkeit verliert.
• die leichtere Kugel an Geschwindigkeit gewinnt (erkennbar an
den unterschiedlichen Höhen der Pendelausschläge).
Der Schüler soll erkennen, dass der Bewegungsaustausch vom Massenverhältnis
abhängt.
Hinweise:
Diese Pendelversuche sollten mit unterschiedlich leichten Kugeln durchgeführt
werden.
Die Kugeln müssen so aufgehängt werden, dass sie sich exakt zentral treffen.

2.2.4
67
Mach den Versuch!
Stell den Wagen auf eine Schiene!
Heb die Kugel hoch!
Lass die Kugel gegen den Wagen pendeln!
Rollt der Wagen? Kreuze an!
Ja, der Wagen rollt.
Nein, der Wagen rollt nicht.
Mache den Wagen schwer!
Lege Steine oder Klötze in den Wagen!
Wiederhole den Versuch!
Hebe die Kugel wie zuerst gleich hoch!
Lass die Kugel gegen den Wagen pendeln!
Mache den Wagen immer schwerer!
Beobachte den Wagen und die Kugel!

2.2.4
Lernziele:
68
Der Schüler soll im Experiment erkennen,
- dass eine kleine Masse eine größere Masse beeinflusst.
- dass bei zunehmender Masse die Beeinflussung zwar weniger
sichtbar wird, aber nicht aufhört.
Hinweise:
Anders als bei den vorangegangenen Experimenten mit aufgehängten Kugeln
entsteht zwischen Wagen und Tischplatte Reibung.
Diese Reibung beeinflusst den Bewegungsaustausch zusätzlich.
Die Reibung wächst mit der Zunahme der Gesamtmasse (Vgl. Abb. 2).

2.2.5
1
2
3
69
Der …………Körper
stößt gegen
den …………Körper.
Beide Körper
………………sich.
Zeichne die Kugel in das Bild 3 ein!
Setze die Wörter ein!
Welche Pfeile gehören zu den Bildern 1 bis 3?
Setze die richtigen Bildnummern ein!
sehr schweren / leichte / verformen

2.2.5
Lernziele:
Der Schüler soll erkennen, dass ein leichter Körper auch auf einen sehr
schweren Körper Bewegung überträgt.
Hinweise:
70
Der stellt einen Ziegelstein auf Rollen. Er legt als Indikator für die kaum
sichtbare Bewegung des schweren Körpers eine Kugel an den Stein. Auch hier
beeinflusst die Reibung den Bewegungsaustausch.
Tischtennisball

2.2.6
71
Der Ziegelstein steht auf dem Tisch.
Die Klammer hält den Ziegelstein und den Tisch fest zusammen.
Die leichte Kugel bewegt sich.
Die Kugel stößt gegen den Stein.
Bewegt sich der Stein?
Vermute!
Kreuze an! Ja Nein

2.2.6
Lernziele:
72
Der Schüler soll wissen, dass beim Zusammenstoß einer geringen Masse mit
einer extrem großen Masse der Bewegungsaustausch nicht direkt beobachtet
werden kann, jedoch durch einen Indikator nachweisbar ist.
Hinweise:
Der Lehrer muss die extreme Steigerung der Masse bis zur fast unendlichen
Größe problematisieren.
Die eine Masse ist
• ein schwerer Stein.
• ein schwerer Stein fest auf einem schweren Tisch.
• ein schwerer Stein fest auf einem schweren Tisch fest auf dem
Boden der Erde.
Die andere Masse ist eine Kugel.
Die kleine Kugel stößt mit dem Stein zusammen.
Stein, Tisch und Erde werden zu einer extrem großen Masse zusammengefügt.
Deshalb stößt die kleine Kugel über Stein, Tisch und Boden auch mit der Erde
zusammen.
Die Bewegungsübertragung lässt sich mit einem Indikator auch am Tisch
nachweisen.

2.2.7
1
73
Du weißt:
Beide Körper verformen sich.
Die Bewegung geht in den Stein.
3
Bild 1
Bild 2
Bild 3
Die leichte Kugel stößt gegen den
Stein.
Du siehst:
Die Kugel bewegt sich.
Der Stein ………………… .
Was gehört zu den Bildern 1 bis 3? Kreuze an!
2

2.2.7
Lernziele:
Der Schüler soll die entsprechenden Symbole den Bildern 1 – 3 des
Versuchsablaufs zuordnen können.
74

2.3.1
75
Lege ein Papier auf den Tisch!
Stell das Tor und die Schiene auf das Papier!
Lass die Kugel rollen!
Wohin rollt die Kugel?
Zeichne den Weg der Kugel auf das Papier!
Die Kugel soll durch das Tor rollen.
Lass die Kugel rollen!
Nimm den Stock und stoße die Kugel durch das Tor!
Zeichne den Weg der Kugel auf das Papier!
Zeichne den Pfeil für die Bewegung des Stockes!

2.3.1
Lernziele:
76
Der Schüler soll
• die Richtung einer rollenden Kugel mit einem Stoß so
verändern, dass sie durch ein Tor rollt.
• erkennen, dass die Stoßstärke auf Masse und Geschwindigkeit
eingestellt werden muss.
• die ursprüngliche Bewegungsrichtung und die zeichnen können.
Hinweise:
Folgende Versuchsbedingungen sollten verändert werden:
• Masse der Kugel.
• Neigung der Kugelbahn.
• Richtung der Kugelbahn.

2.3.2
4
5
77
Die Kugel soll immer weiter rollen!
3
6
2
Zeichne den Weg der Kugel!
1

2.3.2
Lernziele:
78
Der Schüler soll erkennen. dass
• die jeweilige Stoßrichtung (Kreisbewegung) abhängig ist von
der ursprünglichen Stoßrichtung und der beabsichtigten
Richtungsänderung.
• viele einzelne Stöße eine dauernde, annähernd kreisförmige
Bewegung einer Kugel erzwingen können.
Hinweise:
Der Lehrer nimmt eine möglichst schwere Kugel. Er achtet auf einen harten und
glatten Boden, damit die Reibung sehr klein gehalten wird.

79
3 Von der Stoßfolge zur Kraft

81
3.1.1 Stoß und Gegenstoß bei einer Kurvenfahrt.
Fahrt im Sand
Der Fahrer fährt eine Kurve.
Die Reifen stoßen auf den Boden.
Der Boden stößt auch. Er stößt gegen die Reifen.
Öl!
Dieser Fahrer will auch eine Kurve fahren.
Öl ist auf der Fahrbahn. Der Fahrer fällt.
Wohin fällt der Fahrer? Kreuze an!

82
3.1.1 Stoß und Gegenstoß bei einer Kurvenfahrt.
Lernziele:
Der Schüler soll
• die Verformung des Bodens als Ursache der Richtungsänderung
deuten können.
• die Richtungsänderung bei verschiedenartigem Untergrund (Öl, Sand)
voraussagen können.

83
3.1.2 Warum fährt der Wagen mit der Kugel zusammen eine Kurve?
Auf dem Wagen ist Sand.
Die Kugel liegt im Sand.
Die Räder „stoßen“ gegen die Schienen.
Die Schienen „stoßen“ gegen die Räder mit dem Wagen und
gegen den Wagen mit dem Sand und
gegen den Sand mit der Kugel und
gegen die Kugel.
Was ist anders? Kreuze an!
Die Räder „stoßen“ gegen die Schienen.
Die Schienen „stoßen“ gegen die
Räder mit dem Wagen
gegen den Wagen mit dem Sand
gegen den Sand mit der Kugel
gegen die Kugel.
richtig falsch

84
3.1.2 Warum fährt der Wagen mit der Kugel zusammen eine Kurve?
Lernziele:
Der Schüler soll lernen
• dass bei dem Wagen mit dem Sand die Stöße von den Schienen über
die Räder und über den Sand auf die Kuppel übertragen werden.
• dass bei dem Wagen ohne Sand die Stöße von den Schienen über die
Räder nicht auf die Kugel übertragen werden, und die Kugel deshalb
die ursprüngliche Bewegungsrichtung beibehält.
Hinweise:
Der Wagen muss langsam anfahren, damit die Kugel nicht sofort wegrollt.

3.1.3
4
5
3
85
2
6
Wir stoßen die Kugel im Kreis herum.
Ein Schüler stößt das Brettchen.
Das Brettchen stößt die Kugel.
Ein anderer Schüler zieht das Brettchen.
Das Brettchen stößt genauso die Kugel.
Die Kugel wird im Kreis herumgestoßen oder gezogen.
1

3.1.3
Lernziele:
86
Der Schüler soll erkennen, dass die Ursache für eine Richtungsänderung ein Stoß oder ein
Zug/Ruck sein kann.

3.1.4
4
Wir denken:
5
3
6
87
Wir binden Spiralfedern zusammen.
Wir binden die Fäden mit den Brettchen an die Federn.
Wir ziehen an den Brettchen, an dem Faden und genauso an der Feder.
Die Kugel rollt.
Wir lassen die Brettchen der Reihe nach los.
Die Feder zieht das Brettchen.
Das Brettchen stößt gegen die Kugel.
Die Kugel rollt weiter.
Sie wird im Kreis herumgestoßen oder gezogen.
2
1
7

3.1.4
Lernziele:
88
Der Schüler soll erkennen, dass die Bahn der Kugel sich einer Kreisform
annähert, wenn die Stöße gleichmäßig erfolgen und auf das Zentrum gerichtet
sind.

89
3.1.5 Wir denken: Das ist eine Kreisstoßmaschine.
19
18
20
17
21
16
22
15
23
14
24
13
25
12
Wenige Kinder stoßen eine Kugel im Kreis herum.
Die Kinder 1, 7, 11 ,18 und 23 stoßen die Kugel im Kreis herum.
Zeichne den Weg der Kugel blau ein!
Die Kinder 1, 4, 7, 9, und 12 stoßen die Kugel im Kreis herum.
Zeichne den Weg der Kugel gelb ein!
1
11
2
10
Alle 25 Kinder stoßen die Kugel im Kreis herum.
Zeichne den Weg der Kugel rot ein!
3
9
4
8
5
7
6

90
3.1.5 Wir denken: Das ist eine Kreisstoßmaschine.
Lernziele:
In einem „Gedankenspiel“ soll der Schüler die Anzahl der Mitspieler immer
weiter steigern.
Er soll erkennen:
Je mehr Spieler stoßen oder ziehen, desto kreisähnlicher wird die
Bewegung der Kugel.

3.1.6
91
Wir denken:
Eine Kugel rollt.
Sie stößt gegen die Brettchen.
Die Brettchen stoßen die Kugel im Kreis herum
Setze ein!
Die Räder rollen.
Sie stoßen gegen …. ………..
Die Schienen „stoßen“ gegen ….. …… …… .
Die Schienen stoßen die Wagen ….. ……. herum.
die Räder mit dem Wagen / die Schienen / im Kreis

3.1.6
Lernziele:
Der Schüler soll die Stoßvorgänge im Kreisspiel mit den Stoßvorgängen
zwischen Schiene und Rädern vergleichen können.
92

93
3.1.7 Kurven entstehen auch durch Ziehen.
Wir schleudern die Kugel.
Aber:
Wir schneiden das Gewicht ab!
Wohin fliegt die Kugel?
Kreuze an!
Eine Kugel und ein Gewicht sind mit
einer Schnur verbunden.
Wir brauchen das Rohr. Die Schnur
soll nicht verdrehen.
Wir schleudern die Kugel.
Beobachte die Kugel und das
Gewicht.

94
3.1.7 Kurven entstehen auch durch Ziehen.
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren,
• dass die geschleuderte Kugel an dem Gewicht zieht und umgekehrt.
• dass die Kugel durch fortwährendes Ziehen durch das Gewicht in einer
Kreisbewegung gehalten wird.
• dass sich die Geradeausbewegung sofort einstellt, wenn der Zug
plötzlich nachlässt.
Hinweise:
Vorsicht beim Schleudern!
Die Kugel darf beim Durchschneiden des Fadens nicht zu heftig geschleudert
werden. Sie darf beim „Wegfliegen“ niemanden verletzen.

3.1.8
95
Vermute!
Wie fliegen die Funken?
Kreuze an!

3.1.8
Lernziele:
96
Der Schüler soll voraussagen können, dass sich die Funken im Flug ähnlich
verhalten wie die freiwerdende Kugel (siehe 3.1.7).
Hinweise:
Der Lehrer sollte den Funkenflug beim Schleifen mit einer Schleifmaschine
demonstrieren.

3.2.1 Stöße ohne Berührung.
Die Kugel soll durch das Tor rollen.
Wir müssen die Kugel anstoßen (= ziehen oder stoßen)
Brett und Kugel berühren sich.
97
Die Kugel rollt und ändert ihre Richtung! Erkläre!
Die Kugel rollt.
Sie ändert ihre Richtung!
Erkläre! Warum?
?

3.2.1 Stöße ohne Berührung.
Erwartung:
98
Der Schüler soll Vermutungen zur Ursache der Richtungsänderung äußern.
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren, dass Richtungsänderungen auch ohne direkte
Berührung der Stoßpartner möglich sind.
Hinweise:
Der Versuch (Bild 1) lässt sich in ähnlicher Form mit einem starken Dauer- oder
Elektromagneten durchführen (Bild 2). Die Pappwand sollte den Magneten vor
den Schülern verbergen. Der Abstand zwischen Eisenkugel und Magnet sollte
nicht zu groß gewählt werden. Durch die Veränderung der Schräge kann die
Geschwindigkeit der Kugel variiert werden.
Viele Schüler haben schon mit Magneten gespielt. Für die auf den folgenden
Arbeitsblättern angegebenen Versuche wird auf diese Erfahrung
zurückgegriffen.
Jeder Schüler sollte die Gelegenheit haben, ausführlich die Kraftwirkung
zwischen Dauermagneten (Elektromagneten) zu erfahren.
Dennoch muss darauf geachtet werden, dass der Unterricht auf den Vergleich
zwischen Stößen mit und ohne Berührung bezogen bleibt.

99
3.2.2 Stoß und Gegenstoß mit Magneten.
Beobachte die Stöße durch Federn und durch Magnete!
Wir drücken Wir schieben
die Wagen mit den die Wagen mit den
Federn zusammen. Dauermagneten nah aneinander.
Wir verbinden die Wagen mit den Fäden.
Wir brennen die Fäden durch.
Stoß nur mit Berührung Stoß auch ohne Berührung
Wir schieben die Wagen
mit den Elektromagneten
nahe aneinander.
Wir schalten den Trafo
plötzlich ein.
Federn Dauermagnete
Elektromagnete
Die Stöße mit Berührung bewegen die Wagen.
Die Stöße ohne Berührung bewegen die Wagen.
Die Stöße mit und ohne Berührung bewegen die Wagen gleich.

100
3.2.2 Vergleich zwischen Stöße ohne Berührung und Stößen mit Berührungen.
Lernziele:
Der Schüler soll erkennen, dass Stöße ohne Berührung, genau wie Stöße mit
Berührung immer auf beide Stoßpartner einwirken.
Hinweise:
1. Zur Fokussierung auf den grundlegenden Unterschied zwischen beiden
Stoßarten sollte der Lehrer bei dem Stoß „mit Berührung“ die
Anfangsbedingungen wie folgt variieren:
Jede Feder ist zwar für sich gespannt, aber die beiden Federn berühren sich
nicht.
2. Es finden sich in jeder Lerngruppe Schüler, die noch keine Erfahrungen
im Umgang mit Dauermagneten haben. Diesen Schülern sollte
Gelegenheit zu spielerischem Umgang mit Magnet und Eisenkugel (oder
ähnlichen Gegenständen) gegeben werden, damit sie Erfahrungen mit der
magnetischen Wirkung machen können.
Beispiel: Eine auf dem Tisch liegende Eisenkugel wird von einem, unter der
Tischplatte mit der Hand geführten Magneten mitbewegt. Sie wird,
anschaulich formuliert, „ohne Berührung angestoßen“.

101
3.2.3 Stoß und Gegenstoß bei Magneten und Eisen.
Die Eisenkugel ist
leichter als der
Elektromagnet.
Die Eisenkugel ist
schwerer als der
Elektromagnet.
Bild 1
Bild 2
Die Eisenkugel und der
Elektromagnet sind
gleich schwer.
Bild 3
Ordne die Bildzahlen den Symbolen für die Stöße zu!

102
3.2.3 Stöße ohne Berührung bei Stoßpartnern mit verschiedenen Massen.
Lernziele:
Der Schüler soll die ihm bekannten Experimente zu Stößen mit Berührung
(vgl. Lernschritt 2) mit Kugeln analog mit Elektromagnet und Eisenkugel
durchführen. Sie sollen dabei beobachten, dass auch bei Stößen mit
Berührung gilt:
a.) Der Körper mit der geringeren Masse hat nach dem Stoß die größere
Bewegungsänderung erfahren.
b.) Der Körper mit der größeren Masse hat nach dem Stoß die geringere
Bewegungsänderung erfahren.
Die Schüler sollen ihre Beobachtungen den symbolischen Darstellungen
zuordnen können.
Hinweise:
Der günstigste Abstand für die Stoßwirkung zwischen Elektromagnet und
Eisenkugel hängt von der Stromstärke und von der Windungszahl der Spule ab.
Die günstigste Einstellung dieser drei Bedingungen lässt sich durch Vorversuche
ermitteln.
Die Beobachtung der Bewegungsänderung nach dem Stoß lässt sich erleichtern,
wenn Kugel und Elektromagnet in Schattenprojektion zu beobachten sind. Der
Schatten von Kugel und Magnet lässt sich, vergrößert und scharf umrissen,
leichter beobachten als die Gegenstände selbst. Die Projektion lässt sich am
einfachsten mit einem Overhead-Projektor durchführen.

3.2.4 Andere Stöße ohne Berührung..
103
?
Wohin fliegt die Kugel hinter dem Tuch? Zeige den Weg der Kugel! (3
verschiedene Möglichkeiten)
1. Die Kugel rollt langsam.
2. Die Kugel rollt schnell.
3. Die Kugel rollt sehr schnell.
Wir schießen den Pfeil mit der Spielzeugpistole.
Was macht der Pfeil hinter dem Tuch?
Zeige den Weg des Pfeils!
?
Der Jäger schießt mit dem Gewehr.
Was macht die Gewehrkugel?
Zeige den Weg der Gewehrkugel!

104
3.2.4 Stöße ohne Berührung zwischen Gegenständen und dem Gegenstand Erde.
Lernziele:
Der Schüler soll die aus seiner Alltagserfahrung bekannte Wurfbahn von
Gegenständen bei verschieden schnell bewegten Gegenständen schematisch
zeichnen können.
Der Schüler soll den Zusammenhang zwischen der Wurfweite und der
Schnelligkeit zeichnerisch skizzieren können.
Hinweise zu Lernschritt 3.2.4:
Die Kugelgeschwindigkeit im Einstiegsversuch sollte als Versuchsbedingung
variiert werden.
Hinweise zu Lernschritt 3.2.5 – 3.2.6:
Im Alltag ist der, für das „Herunterfallen“ aller Gegenstände verantwortliche,
Stoßpartner Erde immer selbstverständlich gegeben. In den folgenden
Arbeitsblättern wird deshalb die Beobachterperspektive schrittweise zu immer
größeren Abständen verändert.
Dabei wird deutlich, dass für die Stöße ohne Berührung zwischen
Gegenständen und Erde immer mindestens zwei Stoßpartner notwendig sind.

3.2.5 Raumschiff und Erde.
105
Mit dem Raumschiff Apollo sind Astronauten zum Mond geflogen.
Sie stehen auf dem Mond. Die Erde ist sehr weit weg. Die
Astronauten sehen vom Mond aus ein anderes Raumschiff.
Das Raumschiff fliegt nah an der Erde vorbei. Überlege! Wie fliegt
das Raumschiff weiter? Zeige den Weg des Raumschiffes weiter!
Raumschiff
Die Erde vom Mond aus gesehen
Der Abstand zwischen Raumschiff und Erde ist anders.
Setze ein! Raumschiff / Erde / Mond
Wie fliegt das Raumschiff weiter? Zeichne den Weg ein!

106
3.2.5 – 3.2.6 Stöße ohne Berührung zwischen Gegenständen und dem Gegenstand Erde.
Lernziele:
Der Schüler soll den Stoß ohne Berührung zwischen einem Gegenstand
(Raumschiff) und der Erde als Richtungsänderung erkennen und zeichnen
können.
Der Schüler soll lernen, dass die Stärke der Richtungsänderung vom Abstand
zwischen Erde und Gegenstand abhängt.
Hinweise:
Den meisten Schülern sind Raumschiffe, Astronauten und Bilder von Mond und
Erde aus großer Entfernung durch Bücher oder Fernsehen bekannt. Trotzdem
sollte der Lehrer passendes Bildmaterial mitbringen. Fotobildbände und NASA-
Fotos gibt es in jeder Bibliothek.
Die Aufgabe mit den drei Raumschiffen ist eine „fiktive“ Kontrollaufgabe dafür,
dass die Schüler den komplizierten Zusammenhang zwischen der Massengröße,
dem Abstand und der Stärke der Richtungsänderung verstanden haben.
Das Raumschiff 1 müsste zum Mond hin abgelenkt werden.
Das Raumschiff 2 müsste etwas zur Erde hin abgelenkt werden.
Das Raumschiff 3 müsste stark zur Erde hin abgelenkt werden.

3.2.6 Raumschiff und Erde.
107
Der Abstand zwischen Raumschiff und Erde ist sehr groß. Zeichne
den Weg vom Raumschiff weiter!
1
3
2
Erde
Mond
Erde
Eine Raumsonde hat von Erde und Mond ein Foto gemacht. Der
Mond ist weit weg. Aber die Raumsonde war noch viel weiter weg.
Drei Raumschiffe fliegen zwischen Mond und Erde.
Zeichne den Weg weiter!
Mond

108

3.2.7 Stoßfolge bis zur Ruhelage.
Trafo
109
Wir schalten den Elektromagneten an.
Die Eisenplatte und der Magnet ziehen
sich an.
Zeichne den Zeiger ein!
Die Feder zieht den Wagen mit dem
Elektromagneten zurück.
Eisenplatte
Die Federkraft und die Magnetkraft ziehen gleich stark!

110
3.2.7 – 3.2.8 Stoßfolge bis zur Ruhelage bei Stößen ohne Berührung.
Lernziele:
Der Schüler soll erkennen, dass gegenüber den vorherigen Versuchen die
Versuchsanordnung durch die Spiralfelder verändert worden ist.
Der Schüler soll den Begriff „Ruhelage“ als zeitlichen Endpunkt einer Hin- und
Herbewegung zwischen „ausgleichender“ Federwirkung und anziehender
Magnetwirkung benutzen können.
Der Schüler soll lernen:
Eine Stoßfolge zwischen der Spiralfeder einerseits und Magnet mit Eisenplatte
andererseits führt zur Ruhelage. Der „Ausgleichsgegenstand“ Spiralfeder kann
durch einen Kraftmesser ersetzt werden. Der Kraftmesser zeigt die
Ausgleichskraft zur Wechselwirkung zwischen Eisen und Elektromagnet bei
der jeweiligen Ruhelage an. Die Wechselwirkung heißt dann Magnetkraft.
Hinweise:
Als Versuchsbedingung wird die Stärke der Magnetwirkung abhängig vom
Spulenstrom variiert.
Der Lehrer sollte außerdem demonstrieren, dass die jeweilige Ruhelage ein
„gespannter Zustand“ bleibt, indem er z.B. den Faden zwischen Feder und Wand
durchschneidet oder die Stärke des Elektromagneten plötzlich erhöht.

3.2.8 Verschiedene Ruhelagen.
111
Der Trafo ist schwach eingestellt. Der Trafo ist stark eingestellt.
Die Feder und der Magnet ziehen Die Feder und der Magnet ziehen
gleich …………………! gleich ……………………!
Zeichne
die Zeiger
ein!

112

3.2.9 Stoßfolge zum Gleichgewicht.
113
Probier! Wo zeigt der Zeiger die Ruhelage an?
Erde
Der Zeiger zeigt die Ruhelage an.
Die Ruhelage heißt auch Gleichgewicht.
Die Federkraft hat die Anziehung zwischen Erde und Wagen
ausgeglichen.

114
3.2.9 Stoßfolge bis zur Ruhelage bei Stößen ohne Berührung.
Lernziele:
Der Schüler soll den im Lernschritt 3.2.7 – 3.2.8 erarbeiteten Begriff Ruhelage
auf die anziehende Wirkung zwischen Erde und Masse einerseits, Feder
andererseits übertragen können.
Der Schüler soll das für die jeweilige Ruhelage geltende Gleichgewicht mit dem
Begriffpaar „Gewichtskraft“ und „Ausgleichskraft“ bezeichnen können.
Hinweise:
Insgesamt lassen sich, bis auf die Stärke der anziehenden Wirkung zwischen
Erde und Gegenstand, alle Versuchsbedingungen genauso variieren wie im
Lernschritt vorher.
Eindrucksvoll ist folgendes Experiment: Der Versuchsaufbau 3.2.9 bzw. 3.2.10
befindet sich, zusammen mit den Schülern, in einem Fahrstuhl. Beim
Beschleunigen bzw. Abbremsen des Fahrstuhls beobachten die Schüler an der
Spiralfeder die Veränderung der Ruhelage. Dieser Vorgang läuft gleichzeitig zu
der subjektiv spürbaren Veränderung des eigenen Gewichts ab.
Weitere Beispiele zur Veränderung der Gewichtskraft lassen sich durch
Mitschnitte von Fernsehaufnahmen zur Raumfahrt gewinnen.

115
3.2.10 Ausgleichskraft zur Gewichtskraft.
Bau den Versuch auf!
Ergänze!
Feder
Erde
Maßstab
Abstand
Masse
Erde und Masse ..…..…sich an. Die Feder macht die A………………
zur G………………….. zwischen Erde und Mond.
Bei zwei Massen ist die G………….…..doppelt so groß, wie bei
……….. Masse.
Bei drei Massen ist die G………………dreimal so groß, wie bei
………..Masse.
Mit der Feder kann man die Gewichtskraft von verschiedenen Massen
………………. .
Setze ein!
ziehen / Ausgleichskraft / Gewichtskraft / einer / Gewichtskraft /
einer / vergleichen
Die Feder nennt man auch Kraftmesser!
Für Gewichtskraft sagt man auch Gewicht!
Häng eine Masse
an die Feder!
Lies den Abstand
am Maßstab ab!
……….cm.
Häng zwei
Massen an die
Feder!
Lies den Abstand
am Maßstab ab!
……….cm.
Häng drei
Massen an die
Feder!
Lies den Abstand
am Maßstab ab!
……….cm.

116
3.2.10 Gewichtskraftmessung als Vergleichsmöglichkeit von Gegenständen.
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren, dass die Federkraft als Ausgleichskraft zum
Vergleich verschiedener Gegenstände in Bezug auf die anziehende Wirkung
zwischen Gegenstand und Erde genutzt werden kann.
Der Schüler soll lernen, dass die Alltagsbedeutung der Beschreibungen
„schwerer als…“, „leichter als…“, oder „gleich schwer wie…“ durch den
Vergleich der Verlängerung der Feder genauer gefasst werden kann.
Der Schüler soll mittels Kraftmesser feststellen können, ob ein Gegenstand
schwerer oder leichter als ein anderer oder gleichschwer wie ein anderer ist.
Der Schüler soll für die, vom Kraftmesser angezeigte Eigenschaft das Wort
„Gewicht“ verwenden können.
Hinweise:
In einer leistungsfähigen Lerngruppe sollte der Lehrer auch die Proportionalität
zwischen der Federverlängerung und der anziehenden Wirkung erarbeiten und
die Einheit Newton einführen.
Dazu werden 0,1-kg-Massenstücke nacheinander an die Feder gehängt und die
jeweilige Verlängerung auf einem, am Maßstab befestigten Pappstreifen
markiert. Der Abstand zwischen den Teilstrichen wird dann als 1 Newton
bezeichnet. Der so selbst hergestellte Kraftmesser wird mit einem anderen
Kraftmesser aus der Physiksammlung verglichen.

117
3.2.11 Stoßfolge zum Gleichgewicht bei einer Waage.
0 5 10 15
Das Gewicht und der Wagen
werden beide von der Erde
angezogen.
Das Gewicht und der Wagen
sind in der Ruhelage im
Gleichgewicht.
Beobachte den Zeiger!
Der Zeiger zeigt die
Ruhelage an.
In der Waage ist eine
Feder gespannt.
Bau eine einfache
Briefwaage mit
Klammer und Lineal!

118

3.3.1
119
Das große Standbild aus ……..… steht auf einem Schlitten.
Viele Männer ziehen den ……………… .
Setze ein! Schlitten / Stein
Die Bilder unten zeigen Transportwagen aus ……………
Einmal einen zweirädrigen Wagen und einmal einen ……………….
Wagen.
Die Menschen haben ungefähr 4000 vor Christus das ………..
erfunden.
Setze ein! Holz / vierrädrigen

3.3.1
Lernziele:
120
Anhand von zwei Abbildungen soll sich der Schüler mit der Entwicklung von
Transportmöglichkeiten – insbesondere die Erleichterung des Transports
schwerer Gegenstände – befassen. Sie sollen erkennen, dass die Menschen sich
bemühten,
• die sich berührenden (Ober-)Flächen (hier: Schlitten und Erde) möglichst
glatt (eben) zu machen.
• die Oberflächenberührung zwischen den zu transportierendem
Gegenstand und Erde durch den Einbau von Rädern zu verringern.

3.3.2
121
Du ziehst den Kasten über den Tisch. Wenn du den …………. ziehst,
dann musst du ……………….ziehen.
Warum?
Reibung
Du ziehst den Kasten gleichmäßig über den Tisch. Die Feder bleibt
gespannt.
Der Kasten und der Tisch stoßen …………… . Man sagt auch: der
Kasten und der Tisch reiben sich!
Setze ein: gleichmäßig / gegeneinander / Kasten
!

3.3.2
Lernziele:
122
Der Schüler soll erkennen, dass trotz gleichmäßigen Ziehens des Gegenstandes
eine Ruckartige Bewegung (Stoßfolge) entsteht, die auf die Unebenheit der
Oberflächen zurückzuführen ist.

3.3.3
Setze ein! kleiner / größer
1
2
123
!
Die Reibung (1) ist
……………. als
die Reibung (2).
!
Die Reibung (2) ist
……………. als
die Reibung (1).

3.3.3
Lernziele:
124
Der Schüler soll erkennen, dass
• die „Intensität“ der Reibung von der Stärke der Stöße abhängig ist.
• die Reibung zwischen zwei Gegenständen verringert werden kann,
wenn bewegliche Körper (Rollen, Räder, Kugeln, Öl) die direkte
Berührung der Reibungsflächen verhindern.
• die Dehnung der Federn mit denen Körper gezogen werden, abhängig
ist vom Maß der Reibung.

3.3.4
125
Zeichne die richtigen Federn in die Bilder ein!
Setze ein! klein / groß / sehr groß
Die Tischfläche ist glatt.
Die Bodenfläche des
Kastens ist rau.
Sie ist aus Sandpapier.
Die Reibung ist ………!
Die Tischfläche ist rau.
Die Kastenfläche ist
rau.
Die Reibung ist
………….!
Die Tischfläche ist
glatt.
Die Kastenfläche ist
glatt.
Die Reibung ist
………….!

3.3.4
Hinweise:
126
Die Abbildungen zeigen, die Abhängigkeit der Reibung von der
Oberflächenbeschaffenheit. Diese Abhängigkeit muss in Experimenten
nachgewiesen werden.

3.3.5
Setze ein! groß / klein
127
Die Kinder laufen über die
Straße.
Der Autofahrer hält schnell an.
Das Auto muss sicher stehen.
Die Straße ist rau.
Aber der Autoreifen ist
abgefahren. Er ist glatt.
Er rutscht.
Die Reibung ist
…………..!
Die Straße ist rau.
Der Reifen ist gut. Er
hat ein gutes Profil.
Er ist rau.
Er rutscht nicht.
Die Reibung ist
…………..!

3.3.5
Lernziele:
128
Der Schüler soll kennen lernen, dass Reibung beim Bremsen erforderlich ist.
Er soll wissen, dass
• ein abgefahrener, glatter Reifen gefährlich ist, weil er ein sicheres
Bremsen verhindert.
• ein Reifen mit gutem Profil ein sicheres Bremsen ermöglicht, weil die
aufeinander stoßenden Oberflächen des Reifens und der Straße rau
sind.
Hinweise:
Straßen möglichst an Ampeln und Zebrastreifen überqueren!
Auch die eigenen Fahrradreifen auf Profilstärke überprüfen!

3.3.6
Die Straße ist nass.
Das Auto haftet auf
der Straße nicht.
Die Reibung ist
………….!
haftet nicht
129
Eis und Schnee sind auf der Straße. Die Straße ist glatt.
Setze ein! klein / groß
Die Straße ist trocken.
Die Straße ist rau.
Das Auto haftet auf der Straße.
Die Reibung ist …………….!
haftet

3.3.6
Lernziele:
130
Der Schüler weiß aus Erfahrung, dass Schnee und Eis die Straßen und Wege
glatt machen, so dass bereits das sichere Gehen erschwert wird.
Er solle erkennen, dass
• bei Schnee und Eis die auf den Reifen stoßende Oberfläche der Straße
glatt ist und somit die Reibung klein hält.
• bei Regen die Straße ebenfalls glatt ist.
• die trockene Straße und der profilstarke Reifen die Reibung groß
machen und ein sicheres Bremsen gewährleisten.
Hinweise:
Besondere Vorsicht bei unberechenbar fahrenden Fahrzeugen auf glatter Straße
üben!

3.3.7
131
Zeichne die Federn unter das Seil ein!
Setze ein! klein / groß
Das eine Auto schleppt
das andere Auto ab.
Das Abschleppseil ist
gespannt.
Die Straße ist rau.
Die Reibung ist
!
Beide Autos stehen.
Das Abschleppseil ist
nicht gespannt.
Eis und Schnee sind auf der
Straße.
Die Straße ist glatt.
Das vordere Auto will
anfahren.
Die Räder drehen sich durch.
Das Abschleppseil ist nicht

3.3.7
Lernziele:
132
Der Schüler soll am Beispiel des Abschleppens von Fahrzeugen erkennen, dass
• Reibung die Fortbewegung erst ermöglicht.
• der auf der Straße haftende Reifen sich abstützen kann.
Hinweise:
• eine Fortbewegung ohne Reibung gar nicht erst möglich ist.
• der auf der Straße nicht haftende Reifen sich nicht abstützen kann.
Überlegungen zur Herkunft der Redensart „Den Boden unter den Füßen
verlieren“ treffen!

133
4 Hebel übertragen Stöße und Kräfte

134

4.1.1
135
Altes Bild einer Bewässerungsanlage aus Assyrien
Im Frühjahr haben die Flüsse Euphrat und Tigris Hochwasser.
Vor 5000 Jahren war das Land oft überschwemmt. Die Bauern
gruben Kanäle und sammelten das ………………… .
So konnten sie auch im ………………… Sommer die Felder
bewässern. Der Schöpfbaum holte das Wasser aus den Kanälen auf
die ……………. .
Setze ein! Felder / heißen / Wasser

4.1.1
Lernziele:
136
Der Schüler soll
• aus der Geschichte am Beispiel des Schöpfbaums die Entwicklung des
technischen Fortschritts von der einfachen Maschine im Altertum zur
komplizierten Maschine in der Neuzeit kennen lernen (vgl. 4.2 und
4.3).
• die Funktionsweise des Schöpfbaums erklären können.
• nach Erarbeitung der Hebelgesetze die Hebelwirkung des
Schöpfbaums erklären können.

4.1.2
Die Achse mit den Rädern rollt
geradeaus
- wenn der Stoßpunkt in der
……………. ist,
- wenn der Abstand zwischen
dem
Stoßpunkt und den Rädern
……………. ist.
Die Achse mit den Rädern rollt
nicht geradeaus
- wenn der Stoßpunkt
……..…. oder …………. ist,
- wenn der Abstand zwischen
dem
Stoßpunkt und den Rädern
……………. ist.
137
Die Räder sind gleich
schwer.
Die Achse zeigt drei
Stoßpunkte: links, in der
Mitte und rechts.
Die Achse mit den Rädern
soll geradeaus rollen.
Welcher Stoßpunkt ist
richtig?
Kreuze an!
Setze ein: Mitte / verschieden / gleich / links / rechts

4.1.2
Lernziele:
138
Der Schüler soll erkennen,
• dass die Lage des Stoßpunktes von der Massenverteilung abhängig ist.
• dass der Stoßpunkt zur Geradeausfahrt bei gleichschweren Massen zu
beiden Massen den gleichen Abstand hat.
Hinweise zu 4.1.2 und 4.1.3:
Vor den Versuchen die Geradeausfahrt auf der Tischfläche markieren, um
Abweichungen bei den Versuchen besser feststellen zu können!
Den gefundenen Stoßpunkt auf der Achse kennzeichnen!

4.1.3
Die Achse mit den Rädern rollt
geradeaus,
wenn der Stoßpunkt ………..
ist!
Die Achse mit den Rädern rollt
nicht geradeaus,
- wenn der Stoßpunkt in der
………
oder ……….ist,
- wenn der Abstand zwischen
dem
Stoßpunkt und den Rädern
……….ist.
139
Setze ein! Mitte / gleich / links / rechts
Zwei Räder sind auf der
linken Seite.
Die Achse zeigt drei
Stoßpunkte:
Links, in der Mitte und
rechts.
Die Achse mit den Rädern
soll geradeaus rollen.
Welcher Stoßpunkt ist
richtig?
Kreuze an!

4.1.3
Lernziele:
140
Der Schüler soll erkennen, dass bei ungleich schweren Massen zur
Geradeausfahrt
• der Stoßpunkt der beiden Massen nicht den gleichen Abstand hat.
• der Stoßpunkt näher zur größeren Masse liegt.

4.2.1
141

4.2.1
Lernziele:
142
Der Schüler soll über Vermutungen und Experimentieren den richtigen
Lagepunkt/Stützpunkt so bestimmen können, dass die Schachtel nicht
herunterfällt.
Er soll begreifen, dass der Lagepunkt – ebenso wie der Stoßpunkt bei der Achse
mit den Rädern – in Abhängigkeit zur Massenverteilung von Schachtel und
Gegenstand in der Schachtel steht.
Hinweise:
Zunächst eine leere Schachtel von den Schülern so über die Tischkante legen
lassen, dass sie in Balance bleibt.
Dann eine einseitig beschwerte Schachtel vor die staunenden Schüler auf die
Tischkante setzen!

4.2.2
143
Ein Junge balanciert die Achse mit
den Rädern.
Er muss den richtigen Stützpunkt
finden.
Vergleiche mit den Seiten 137 und
139.
Der Stoßpunkt heißt auch Stützpunkt!
Der Junge balanciert die Achse mit den
Rädern.
Zwei Räder sind jetzt auf einer Seite!

4.2.2
Lernziele:
144
Der Schüler soll über das Balancieren den richtigen Stützpunkt bei gleicher und
ungleicher Massenverteilung erspüren lernen. Er soll wissen, dass der
Stützpunkt mit dem Stoßpunkt und mit dem Lagepunkt identisch ist.
Hinweise:
Zu den Balancierübungen eine weiche Unterlage besorgen, um
Sachbeschädigungen zu vermeiden!

4.2.3
Lastpunkt
Laststück
Stützpunkt
145
Die Laststücke sind gleich schwer.
Der Abstand zwischen dem
Stützpunkt und den Lastpunkten ist
gleich!
Bestimme die Lastpunkte!
Trage die Laststücke ein!

4.2.3 und 4.2.4
Lernziele:
146
Der Schüler soll
• seine Erfahrung und Erkenntnisse mit dem Stoßen und Balancieren an
der Balkenwaage bzw. am Stützbalken umsetzen.
• die Begriffe Stützpunkt, Lastpunkt und Laststück in Experiment und
Zeichnung anwenden können.

4.2.4
147
Ein Laststück hängt auf jeder Seite.
Der Stützbalken steht in der Mitte.
Mache die folgenden Versuche!
Bestimme die Stützpunkte!
Trage die Stützbalken ein!

148

4.2.5
Die beiden Jungen sind nicht
gleich schwer.
Der Balken steht schräg.
149
Der Balken steht
waagerecht.
Wohin muss sich der große
Junge setzen?
Zeichne einen Pfeil!
Wohin muss sich der
kleine Junge setzen?
Zeichne einen Pfeil!
Zwei kleine Jungen sitzen auf
der Wippe.
Sie sind gleich schwer.
Sie sitzen: an den Enden
ungefähr in der Mitte.
Der Balken liegt waagerecht.

4.2.5
Lernziele:
150
Der Schüler soll erkennen, dass die Wippe mit der Balkenwaage vergleichbar
ist. Er soll die Begriffe Stützpunkt, Lastpunkt und Laststück dem wippenden
Jungen zuordnen können.

4.2.6
151
Die Kerzen sind gleich …………..
und gleich schwer.
Sie brennen nicht!
Die linke Kerze brennt.
Das Wachs …………… herab.
Die linke Kerze steigt höher.
Sie ist ……………… .
Die rechte Kerze sinkt tiefer.
Sie ist ……………… .
Die Kerzen schaukeln.
Die Wachstropfen fallen mal links
und mal ………………… .
Setze ein: schwerer / tropft / leichter / lang / rechts

4.2.6
Lernziele:
152
Der Schüler soll den Stützpunkt erkennen können und durchschauen, dass die
Masse der „Laststücke“ sich beim Abbremsen ständig verändert und die beiden
Lastpunkte sich damit dem Stützpunkt nähern.
Hinweise:
Eine Tropfunterlage für die Kerzen bereitstellen!

4.2.7
153
1 2
Lege die Pappe auf die
Bleistiftspitze!
Kannst Du die Pappe im
Gleichgewicht halten?
Probier!
Setze ein! Stützpunkt / gleich
1. Hänge die Pappe auf
einen Nagel an die
Wand!
Hänge einen Faden mit
einer Sechskantmutter an
den Nagel und zeichne
die Senkrechte ein!
2. Hänge die Pappe an einer
anderen Seite auf! Trage
ebenso die Senkrechte
ein!
Hänge die Papphälften an die
Waage!
Die Papphälften sind ………….
Schwer.
Der Schnittpunkt ist der
………………. .

4.2.7
Lernziele:
154
Der Schüler soll erfahren, dass man auch mit unregelmäßigen Pappstücken –
wie bei der ungleichen Massenverteilung an der Achse mit den Rädern -.
balancieren kann. Er soll erkennen, dass der Stützpunkt bei ausgeglichener
Massenverteilung gegeben ist.
Er soll ein Verfahren anwenden lernen, mit dem sich auch bei unregelmäßig
geformten Körpern der Stützpunkt finden lässt.
Hinweise:
In der Physik heißt der Stützpunkt „Schwerpunkt“.

4.3.1
155
Du kannst heben
- den Stein mit der
…………..…….. .
- den Kistendeckel
mit dem
…………….. .
- den Kronkorken
mit dem
…………….. .
Die Stange ist ein Hebel. Der Meißel und der Flaschenöffner sind
………………….. .
Setze ein! Meißel / Hebel / Flaschenöffner / Stange
Du kannst die Sechskantmutter
mit dem Schraubenschlüssel
drehen.
Du kannst den Sack mit der
Schubkarre transportieren.
Sind Schraubenschlüssel und Schubkarre auch Hebel?

4.3.1
Lernziele:
156
Der Schüler lernt den Begriff „Hebel“ in Zusammenhang mit Tätigkeiten des
Hebens kennen. Er soll den Wortinhalt „Hebel“ schrittweise erweitern, so dass
sie die Hebelwirkung in Werkzeugen, Rollen, Rädern usw. erkennen können.
Hinweise:
Beispiele aus dem Alltagsleben und der Arbeitswelt sammeln, die dem Inhalt
Heben zuzuordnen sind!

4.3.2
Laststück
157
Lastpunkt
Setze ein! kräftig / leicht / klein / groß
Stützpunkt
a1 a2
L S A
Angriffspunkt
Der Hebel hat zwei Teilabstände:
a1 den Abstand vom Stützpunkt bis zum Lastpunkt.
a2 den Abstand vom Stützpunkt bis zum Angriffspunkt.
Der Hebel ist ein
zweiseitiger Hebel.
Du hebst das
Laststück.
Du drückst mit dem Zeigefinger
………….. auf das Ende des Lineals. Der
Abstand zwischen Stützpunkt und
Lastpunkt ist ……………. .
Der Abstand zwischen Stützpunkt und
Angriffspunkt ist ……………….. .
Du probierst verschiedene Stützpunkte.
Wenn der Stützpunkt nahe beim
Angriffspunkt ist, dann musst du
………….. drücken.
Der Stützpunkt liegt zwischen
Lastpunkt und Angriffspunkt.
Der Hebel ist zweiseitig.

4.3.2
Lernziele:
158
Der Schüler soll
• den zweiseitigen Hebel kennen lernen.
• am Hebel die Begriffe Stützpunkt, Lastpunkt und Angriffspunkt
eintragen können.
• erkennen, dass Laststück und Hebekraft den Massen entsprechen, die
er beim Stossen und Stützen kennen gelernt hat.
• erkennen, dass eine Veränderung von Stützpunkt und Lastpunkt eine
Veränderung der Hebekraft bewirkt.
• erkennen, dass die Hebekraft klein ist, wenn der Abstand zwischen
Stützpunkt und Lastpunkt klein ist.
Hinweise zu 4.3.2, 4.3.3 und 4.3.4:
Die Schüler sollen an der Balkenwaage möglichst viele verschiedene Stellungen
ausprobieren. Sie nehmen beim Ziehen ihre eigene Krafteinwirkung wahr und
erfahren gleichzeitig über den optischen Eindruck an der Federwaage welche
Bedeutung das Verhältnis vom Lastarm zum Kraftarm auf das Ziehen hat.

4.3.3
Der Hebel hat den
Abstand vom
Stützpunkt bis zum
Angriffspunkt.
Der Hebel ist ein
einseitiger Hebel.
Laststück
Stützpunkt
159
Lastpunkt
S
Angriffspunkt
Du hebst mit dem Zeigefinger
leicht das …………………. .
Du probierst verschiedene
Lastpunkte. Wenn der Lastpunkt
nahe beim ……………….. ist,
dann musst du schwer heben.
Der ……………………….. liegt
zwischen Stützpunkt und Angriffspunkt.
Der Hebel ist einseitig.
Setze ein! Angriffspunkt / Lastpunkt / Laststück
A

4.3.3
Lernziele:
160
Der Schüler soll
• den einseitigen Hebel kennen lernen.
• erkennen, dass der Stützpunkt nicht zwischen Lastpunkt und
Angriffspunkt liegt.
• erkennen, dass der Lastpunkt sich auf dem Abstand zwischen
Stützpunkt und Angriffspunkt befindet.
• erkennen, dass die Hebekraft klein ist, wenn der Abstand zwischen
Stützpunkt und Lastpunkt klein ist.

4.3.4
S
Lastarm Kraftarm
L S S1 S2 A
L L1 L2 L3 A
Lastarm Kraftarm
161
Setze ein! klein / leicht / Kraftarm
Der zweiseitige Hebel
hat einen Lastarm und einen
Kraftarm.
Der Abstand vom Lastpunkt bis
zum Stützpunkt heißt Lastarm.
Der Abstand vom Stützpunkt bis
zum Angriffspunkt heißt
Kraftarm.
Wenn der Lastarm klein ist, dann
kannst du leicht drücken.
Der einseitige Hebel
Hat auch einen Lastarm und
einen Kraftarm.
Der Abstand vom Stützpunkt bis
zum Lastpunkt heißt Lastarm.
Der Abstand vom Lastpunkt bis
zum Angriffspunkt heißt
………………… .
Wenn der Lastarm ………….
ist, dann kannst du
…………….. heben.

4.3.4
Lernziele:
162
Der Schüler soll am zweiseitigen und einseitigen Hebel die bereits bekannten
Abstände als Last- bzw. Kraftarm bezeichnen und einordnen. Er soll wissen,
dass die Hebekraft
• klein ist, wenn der Lastarm kleiner als der Kraftarm ist.
• groß ist, wenn der Lastarm größer als der Kraftarm ist.

4.3.5
163
Die Zange hat zwei gleiche Teile,
damit du das Laststück (z.B.
einen Nagel) halten („stützen“)
und bearbeiten („greifen“) kannst.
Trage ein!
Angriffspunkt / Kraftarm / Lastarm /
Stützpunkt / Lastpunkt
Trage die Stützpunkte, die Angriffspunkte und
die Lastpunkte mit den Buchstaben S / A / L
in die Kästchen ein.

4.3.5
Lernziele:
164
Der Schüler soll sein Wissen vom Hebel auf Werkzeuge übertragen können und
die Begriffe Stützpunkt, Lastpunkt und Angriffspunkt zuordnen können.
Er soll unterscheiden zwischen Lastarm und Kraftarm, zwischen zweiseitigem
und einseitigem Hebel.
Hinweise:
Liste über zweiseitige und einseitige Hebel erstellen und überprüfen, wo
welcher Hebel sinnvoll eingesetzt wird.

4.3.6 Flaschenöffner als Hebel
165
Schreibe in die Kästchen!
Stützpunkt / Angriffspunkt / Lastpunkt / Kraftarm / Lastarm
L...p....
S....p....
L...a..
K....a..
A.......p....
Ist der Flaschenöffner ein einseitiger oder ein zweiseitiger Hebel?
Der Flaschenöffner ist ein ……………………..Hebel!
Trage ein!
größer / größer / kleiner / Lastarm / Kraftarm / einseitig / gleiche
Der L………….ist ……….als der K……………….. .
Deshalb ist die Druckkraft am Korken …………………. Als die
Hebekraft am Griff.
Beim Flaschenöffner ist der Stützpunkt …………….. . Deshalb
wirken Hebekraft und Druckkraft in die ……………….. Richtung.

166
4.3.6 Flaschenöffner als einseitiger Hebel
Lernziele:
Der Schüler soll die zur Analyse von Hebeln gelernten Punkte „Stützpunkt,
Angriffspunkt, Lastpunkt“ an alltäglichen Werkzeugen auffinden können.
Der Schüler soll die Wirkung dieser Werkzeuge darauf zurückführen, dass der
Lastarm kleiner als der Kraftarm ist.
Hinweise:
Der hier untersuchte Flaschenöffner ist nur ein Beispiel für einen einseitigen
Hebel. Erst wenn die Punkte und Abstände an den jeweiligen „Werkzeugen“
bezeichnet sind, kann man das Verhältnis von Lastarm und Kraftarm erkennen.
Diese Analyseschritte sollten an einigen alltäglichen „Werkzeugen“, die
einseitige Hebel sind, durchgeführt werden.

167
4.3.7 Schere als doppelter, zweiseitiger Hebel
Trage in beide Bilder richtig ein!
Stützpunkt / Angriffspunkt / Lastpunkt / Kraftarm / Lastarm
A
A
K L
S
K L
S
Ist die Schere ein einseitiger oder ein zweiseitiger Hebel?
Die Schere ist ein ………………………. Hebel!
L
L

168

169
4.3.8 Schere als doppelter, zweiseitiger Hebel
Überlege!
Trage ein! größer / kleiner
In welchem Bild wird die
Schere richtig benutzt?
Kreuze an!
Im oberen Bild ist der Kraftarm ……………………. als der Lastarm.
Im unteren Bild ist der Kraftarm ……………………. als der Lastarm.
Trage ein! stärker / kleiner / Lastarm / Kraftarm / zwischen /
entgegengesetzte
Bei der Schere gilt:
Der L…………. ist ……………. als der K…………… .
Deshalb drücken die Schneiden der Schere (Last) ……………. auf
das Papier, als die Finger (Kraft) auf die Griffe der Schere.
Bei der Schere ist der Stützpunkt ……………… Angriffspunkt und
Lastpunkt. Deshalb wirken Kraft und Druckkraft in die
………………….. Richtung.

170

4.3.9 Rolle als zweiseitiger Hebel
Stricknadel
als Achse
Klemme
171
Die Rolle ist verschieden gedreht. Zeichne den Lastarm rot und
den Kraftarm blau ein!
Kreuze an!
A B C
In welchem Bild ist der
Lastarm groß?
A B C
In welchem Bild ist der
Kraftarm klein?
A B C
In welchem Bild sind Lastarm
und Kraftarm gleich?
A B C

172
4.3.9 Stützpunkt, Angriffspunkt und Hebelarm bei Rollen.
Lernziele:
Der Schüler soll erfahren, dass sich das Verhältnis der Hebelarme bei einer
exzentrisch gelagerten Rolle fortwährend verändert.
Der Schüler soll die zur Analyse von Hebeln benutzen Begriffe Stützpunkt,
Angriffspunkt, Lastpunkt, Lastarm und Kraftarm bei Rollen anwenden können.
Hinweise:
Mit dem Auftrag
„Schneide die Form aus. Klebe die Form auf Styropor. Bohre die Löcher
mit einer heißen Stricknadel.“
wird der Versuch zu 4.3.8 vorbereitet. Dazu wird folgende Form kopiert:
A B
Beim drehen der exzentrischen Rolle spüren die Schüler die unterschiedliche
Kraft und beobachten am Kraftmesser verschiedene Anzeigen, je nach Lage der
exzentrischen Rolle. Zur Verständniskontrolle tragen die Schüler die
unterschiedlichen Hebelarme in die Abbildung ein.
Erst nach dieser Analyse arbeiten die Schüler mit in „b“ gelagerten „festen“
und „losen“ Rollen. Diese Rollen werden als „Spezialfall“ der exzentrischen
Rolle verstanden. „Spezialfall“ heißt, dass die Hebelarme des zweiseitigen
Hebels gleich lang bleiben, unabhängig von der Lage der Rolle. Experimente zu
„losen“ und „festen“ Rollen finden sich in Physikbüchern.

4.3.10 Hebel am Fahrrad.
174
Ein Fahrrad war früher anders als heute. Das Bild zeigt ein Hochrad.
Trage ein! Sattel / Kurbel / Lenker / Speichen
Überlege! Wo ist der Stützpunkt beim großen Rad? Zeichne einen
Pfeil!
Kurbel und Speiche gehören zu einem Hebel.
Denke an eine Rolle (Kurbel), die an einer großen Rolle (Speichenrad)
fest gemacht ist.
Trage die Zahlen in die
K
kleinen Kreise ein!
Last
Kraft
Ist der Kraftarm größer als der Lastarm? Ja Nein
Kannst Du mit dem Hochrad leicht fahren? Ja Nein
L
Wo drückt der Speichenhebel
gegen den Boden? 1
Wo ist der Lastpunkt? 2
Wo drückt der Fuß gegen die
Kurbel? 3
Wo ist der Angriffspunkt? 4

4.3.10 Hebel am Fahrrad.
Lernziele:
174
Der Schüler soll den unterschiedlichen Aufbau von Hochrad und Fahrrad
beschreiben können.
Der Schüler soll das, beim Fahrrad günstigere Verhältnis von Kraftarm zu
Lastarm erkennen können.
Der Schüler soll Kraftarm und Lastarm am Teilsystem Kurbel – großes Zahnrad
erkennen können.
Hinweise:
Die weitere Übersetzung zum kleinen Zahnrad auf dem Hinterrad zeigt ein noch
günstigeres Verhältnis von Kraftarm zu Lastarm.
Die konkreten Hebelarmverhältnisse, angefangen von der „Tretkurbel“ bis hin
zum Speichenradius des Hinterrades, werden mit dem Lineal in Millimetern
abgemessen. Die Hebelarmverhältnisse werden schrittweise ausgerechnet und
das gesamte Hebelarmverhältnis als Vergleichsgröße berechnet:

4.3.11 Zahnräder am Fahrrad.
175
Das Fahrrad hat zwei Zahnräder. Beide Zahnräder sind mit einer Kette
verbunden. Zahnräder und Kette verbinden die Kurbel mit dem
Hinterrad.
L
Last
?
K
Trage die Zahlen an die richtige Stelle
ein!
Wo drückt der Speichenhebel gegen
den Boden? 1
Wo ist der Lastpunkt? 2
Wo drückt der Fuß gegen den
Kurbelhebel? 3
Wo ist der Angriffspunkt? 4
Zeichne den Lastarm rot und den
Kraftarm blau ein!
Vergleiche das Fahrrad mit dem
Hochrad!
Womit kannst Du leichter fahren?
Mit dem Hochrad Ja Nein
Mit dem Fahrrad Ja Nein
Wir schauen uns das große Zahnrad mit dem Kurbelhebel genau an:
Überlege! Wo ist die Kette gespannt? oben unten .
Setze ein! Lastarm / Kraftarm
Kraft

Lernziele:
176
Der Schüler soll den unterschiedlichen Aufbau von Hochrad und Fahrrad
beschreiben können.
Der Schüler soll das, beim Fahrrad günstigere Verhältnis von Kraftarm zu
Lastarm, erkennen können.
Der Schüler soll Kraftarm und Lastarm am Teilsystem Kurbel – großes Zahnrad
erkennen können.
Hinweis:
Die weitere Übersetzung zum kleinen Zahnrad auf dem Hinterrad zeigt ein noch
günstigeres Verhältnis von Kraftarm zu Lastarm.
Für das prinzipielle Funktionsverständnis der Übersetzung lässt sich die
Analogie zum Heben von Lasten mit dem Flaschenzug nutzen. Dabei wird, je
nach Anzahl der eingesetzten Rollen, der Hebeweg vergrößert.
Betrachtet man beim Fahrrad die Anzahl der Umdrehungen des kleinen
Zahnrades im Verhältnis zur Umdrehungszahl der Kurbel, so wird die Analogie
deutlich.
Eine zweite Möglichkeit ist die schrittweise und zahlenmäßige Bestimmung der
konkreten Hebelarmverhältnisse angefangen von der „Tretkurbel“ bis hin zum
Speichenradius des Hinterrades.