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Seminar Fachdidaktik Physik

Seminar Fachdidaktik Physik. E. Kneringer 25. 10. 2005. Übersicht. Organisatorisches Lehrplan Physik AHS (s. home page) Termine f ü r die Vortr ä ge Einzelne V orträge in einer Schule? Aktionstage Junge Uni Galton-Brett, chaotisches Pendel, Belusov-Zhabotinsky Reaktion

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Seminar Fachdidaktik Physik

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Presentation Transcript

  1. Seminar Fachdidaktik Physik E. Kneringer 25. 10. 2005

  2. Übersicht • Organisatorisches • Lehrplan Physik AHS (s. home page) • Termine für die Vorträge • Einzelne Vorträge in einer Schule? • Aktionstage Junge Uni • Galton-Brett, chaotisches Pendel, Belusov-Zhabotinsky Reaktion • Hauptteil: Beispiele • Kran • Kräftegleichgewicht, Hebelgesetz • Pendelkette • Impulserhaltung • Elastischer Ball • Bewegungsgleichung Bezug zum Alltag Moderierter Dialog Modellbildung

  3. 1. Kran • Diskussion der Funktionsweise • Gleichgewicht • Modell

  4. Liebherr - Kran

  5. Heben: der Mensch als Kran

  6. Hebelgesetz • Ein Hebel ist einer der wichtigsten Kraftwandler. Er dient, wie alle mechanischen Maschinen dazu Arbeit zu erleichtern, nicht zu sparen. Denn die zu leistende Arbeit bleibt nach der Formel: • Arbeit = Kraft * Weg • Das heißt, eingesparte Kraft geht auf Kosten des Weges und die Arbeit wird keineswegs weniger. • Wählt man den Lastarm entsprechend kurz gegenüber dem Kraftarm, so ist man mit einem Hebel in der Lage, große Lasten mittels einer vergleichsweise geringen Kraft zu bewegen. • Anwendungen des Hebelprinzips: • Zange, Brechstange, Nussknacker, Schraubenschlüssel, Locher, Türklinke

  7. Hebelgesetz und Kran Interaktiv:

  8. Wir bauen einen Kran

  9. 2. Pendelkette WWW • Versuch vorzeigen • Fragen stellen (vorher) • 2 Bälle, 3 Bälle • Ball links und rechts auslenken • Erster Ball doppelt so schwer • Nur ein Ball fliegt weg? • Zwei Bälle fliegen weg? • Erster und letzter Ball schwerer • Experimentell überprüfen link (mit sound) Experimentelle Überprüfung:Flansburg und Hudnut [1979] haben im Experiment (und mittels mathematischer Modellierung) gefunden,dass der erste Ball sich ein wenig rückwärts bewegt. Die typischen Endgeschwindigkeiten der drei Bälle sind -0.12, +0.15 and +0.98 für reibungsfreigleitende Massen auf einer Luftkissenschieneund -0.06, +0.09 and +0.97 für Stahlkugeln (im Vergleich zum "idealen" Ergebnis von 0, 0, and 1). Gibt‘s zu kaufen

  10. Wozu kann dieses Experiment dienen? • Beispiel für Impulserhaltung • Ausschliessung von Möglickeiten durch Verlangen von Energieerhaltung • Oberflächlich betrachtet scheint dieses Experiment einfach zu erklären zu sein • Bei genauerem Hinsehen wird es recht schwierig • Wenn man sich z.B. überlegt, was bei den Stössen genau passiert link

  11. 3. Elastischer Ball Videos • Was passiert, wenn ein Ball auf den Boden fällt? Warum erreicht er nicht mehr die ursprüngliche Höhe? • Wo geht Energie verloren? • Wo tritt Reibung auf? • Luftreibung? Am Boden? • Find mit Hilfe eines Experimentes die Erklärung.

  12. Elastischer Ball mit Luftreibung Die Simulation Modell :Gravitationsfeld,elastischer Stoss mit dem Boden,Reibung  |v| Bälle können nicht rotieren! Ausprobieren: Reibung  v2 x-y Bewegung ist gekoppelt F = –b|v| F = –bv2

  13. Luftreibung (viskose Strömungen) entgegengesetzt rotierende Wirbel laminar turbulent alternierende Wirbelablösung Wenn die Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit eine gewisse Grenze überschreitet, dann geht die laminare in eine turbulente Strömung über. Diese kritische Geschwindigkeit hängt von der Dichte  und der Viskosität  der Flüssigkeit sowie vom Radius r der Röhre ab. Eine wichtige Kennzahl zur Charakterisierung von Flüssigkeitsströmungen ist die Reynolds-Zahl Re, die durch Re = 2rv/ definiert ist, wobei v die mittlere Stömungsgeschw. der Flüssigkeit ist. typischer Radfahrer:

  14. Neues Thema: • Luftwiderstand • Beim Radfahren, beim Fussball schiessen • Heuristisches Modell • Auftrieb • Effet • Typen von Strömungen

  15. Die Mathematik dahinter • Newton'sche Bewegungsgleichung: ??? !!! Diese Differentialgleichungen sind nicht gekoppelt. Diese Differentialgleichungen sind gekoppelt. Code im Physlet: document.Animator.setForce(ball, "–vx*(vx^2+vy^2)^(1/2)*"+b, –vy*(vx^2+vy^2)^(1/2)*"+b+"–9.8", –15,5,v0x,v0y); b ist hier eine Variable und strings werden mit dem "+" Zeichen zusammengefügt

  16. Geschwindigkeit Modell (Simulation) x, aber auch t  Das reale Experiment

  17. Die Geschwindigkeit |Betrag| Der Geschwindigkeitsprung am Boden zeigt,dass das Modell (mit Luftreibung) falsch ist! Formel = ? und daraus g (vgl. Luftkissenschiene)

  18. Ausreisser Ausreisser treten auf, da beider Reflektion am Boden grosse Beschleunigungen auftreten.

  19. Beschleunigung: g 2% Fehler

  20. Parabelfits

  21. g = 9.96 ± 0.048 g = 10.06 ± 0.030 g = 10.16 ± 0.042 Genauigkeit: bis zu 3 Promille! 1.6% zu gross 2.6% zu gross 3.6% zu gross Ergebnis für g (=2*C) und systematischer Fehler Systematik: - in 8-9 m Abstand gefilmt - Ball 20-30 cm vor der Wand - Massstab bezogen auf die Wand  2.2% - 3.8% syst. Fehler Mittelwert: 3% 1 m 1 m wahre Fallstrecke wird gesehen als 1.03 m.

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