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Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

5 Physik und Sport 5.1

5 Physik und Sport 5.1 Themen aus Physik und Sport Viele Schülerinnen und Schüler empfinden den Kontext „Sport“ im Physikunterricht als interessant und lassen sich durch entsprechende Themen motivieren (vgl. die Ergebnisse zum Physikinteresse in Kapitel 2). Es gibt eine ganze Reihe von Unterrichtsvorschlägen aus dem Themengebiet. Eine Übersicht über die Literatur gibt May (2003). Eine ganze Sammlung von Themen mit Unterrichtshinweisen enthält das Buch „Sport und Physik“ von Mathelitsch (1991). Die Themengebiete, die in diesem Buch behandelt werden, vermitteln einen Überblick über die Vielfalt der möglichen Bezüge, die zwischen den beiden Fächern Physik und Sport hergestellt werden können. • Gehen, Laufen und Springen Warum ist das Gehen anstrengend, obwohl scheinbar keine Arbeit geleistet wird? Wie viel leistet man beim Gehen? Was unterscheidet das Gehen vom Laufen? Was passiert beim Start? Wie groß kann die maximale Laufgeschwindigkeit sein? Kraft und Technik beim Hochsprung; Kraft und Geschwindigkeit beim Weitsprung; Geschwindigkeit und Technik beim Stabhochsprung. • Hände härter als Stein – Karate Welche Kraft ist nötig, um einen Ziegelstein zu zerbrechen? Elastische vs. Inelastische Energieübertragung; Warum bricht nicht die Hand? • Saltos und Schrauben Drehmoment und Drehimpuls bei Pirouetten, Kräfte und Drehmomente beim Salto, Drehmomentfreie Drehung; Schrauben • Bälle zum Werfen, Stoßen, Schlagen Elastizität von Bällen, Wurftechnik, Wurfgenauigkeit, Kräfte auf einen getretenen Ball, Drall von Bällen • Auf Schnee geht alles leichter Reibungskräfte und Zentripetalkräfte beim Skilaufen, Abfahrtslauf, Sind schwerere Läufer bessere Abfahrer? Slalom, Skilanglauf, Skispringen • Physik auf zwei Rädern – das Fahrrad Stabilität eines Fahrrads, Fahrwiderstand, Luftwiderstand, Steigungswiderstand Mathelitsch versteht es, durch viele Versuche und Fragen die Fächer Sport und Physik sinnvoll zu verknüpfen. Er versucht Fragen zu beantworten wie: • Warum ist die Weltrekordmarke im Stabhochsprung zirka sechs Meter? • Warum verletzt ein Karatekämpfer seine Hand nicht, obwohl er damit einen Stein zerschlägt? • Warum gleiten Skier auf Schnee so gut? 52

Immer wieder werden physikalische oder sportliche Arbeitsaufträge gegeben, die eine Verknüpfung zwischen physikalischen Einsichten und körperlicher Erfahrung ermöglichen (z. B. Ermitteln der eigenen Beinkraft oder der optimalen Hocktiefe, aus der man am höchsten springen kann; Variieren des Abwurfwinkels beim Basketball). 5.2 Umgang mit Diagrammen: Analyse eines Bungee-Sprungs In der Diskussion der letzten Jahre um die Kompetenzorientierung des Unterrichts ist der Umgang mit Diagrammen als eine wichtige, bisher eher vernachlässigte Fähigkeit erkannt worden. In der Mechanik sind es vor allem t-s- und t-v-Diagramme, die in zunehmendem Maße im Unterricht behandelt werden sollen. Mit den immer weiter verbreiteten kostenlosen Video-Messwerterfassungssystemen hat man die Chance, realistische Bewegungen (z. B. aus dem Sport) in den Unterricht zu integrieren. Das folgende Beispiel (Müller 2004, 2006) demonstriert dies für eine besondere Bewegungsform, den Bungee-Sprung. a) t-s-Diagramm eines Bungee-Sprungs Die Bilderfolge in Abbildung 57 zeigt den Verlauf eines Sprungs aus 56 m Höhe. Die Bilder wurden aus einer frei erhältlichen Videoaufnahme eines Bungeesprungs entnommen (http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/Computer/DAVID/video.htm). Sie sind im Abstand von etwa 1,2 s aufgenommen. Der Sprung verläuft grob wie folgt: Zunächst fällt der Springer ungebremst. Wenn er so weit gefallen ist, dass das Seil gestrafft ist, wird er gebremst, bis er unmittelbar über der Wasseroberfläche für einen kurzen Moment zur Ruhe kommt. Anschließend wird er vom gespannten Seil wieder nach oben geschleudert (hier nicht sichtbar). Für eine präzise physikalische Beschreibung des Sprungs ist es hilfreich, die Höhe y des Springers nicht nur für die ausgewählten Momente in Abbildung 57 zu kennen, sondern für jeden beliebigen Zeitpunkt. Diese Information ist im Zeit-Weg-Diagramm in Abbildung 58 enthalten. Um es zu erstellen, wurde mit einem Messwerterfassungssystem die Position des Springers in jedem Teilbild des Videos (also im Abstand von 1/25 Sekunde) registriert. 53

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