Konzeption und Evaluation eines Kinematik/Dynamik-Lehrgangs zur ...

112 5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik
nicht erfasst werden. Mit dieser Darstellung vermeidet man, dass der Eindruck erweckt wird, die
Proportionalität von a � und F � gelte womöglich nur im Durchschnitt eines Zeitintervalls, da deutlich
wird, dass sie in jedem Zeitpunkt gilt (siehe Abb. 3.9c und d). Dieser Versuch kann also ein
Schlüsselversuch sein, um das grundlegende zweite newtonsche Gesetz zu erschließen und zu verdeutlichen.
In der Vorstellung der Schüler reduziert sich die Aussage des Grundgesetzes
der Mechanik in der Regel auf das Wirken einer Kraft, was auch durch
einen Unterricht mitverursacht sein kann, in dem nur die typischen Beschleunigungsversuche
mit nur einer Zugkraft durchgeführt werden. Der
oben aufgeführte Versuch mit der Hangabtriebskraft lässt sich so erweitern,
dass man in einem weiteren Versuchsdurchlauf die Wirkung mehrerer
äußerer Kräfte auf den Luftkissengleiter zeigen kann. Als zusätzliche
Kraft zur variablen Hangabtriebskraft kann man sowohl die Kraft eines
kleinen Zuggewichts, das über Faden und Rolle auf den Gleiter wirkt, als
Abb. 5.18: Propeller
auch die Schubkraft verwenden, die ein Propeller ausübt, der auf dem auf Luftkissengleiter
Gleiter befestigt ist (siehe Abb. 5.18), was erstmals von WILHELM (1994,
S. 165 f.) genutzt wurde (siehe auch Heuer, 1996a, S. 16). In den Unterrichtsmaterialien wurden zu
dem Versuch mit dem Propeller ein Video und eine PAKMA-Datei mit Messdaten zur Verfügung
gestellt, da diese Variante attraktiver ist (technische Details siehe Wilhelm, 1994, S. 165 f.).
Die Schüler können bei der Versuchsdurchführung die jetzt auftretenden Beschleunigungen, die nun
nicht mehr zur Hangabtriebskraft FH � proportional sind, sondern zeitweise größer bzw. kleiner sind,
nicht aus der Summe von FH � und FZusatz �
erklären. Offensichtlich denken die Schüler bei der Summe
der Kräfte zuerst nur an die der Beträge. Dass hier die Vektorsumme zu bilden ist, kommt vielen
Schülern erst in den Blick, wenn die dynamisch ikonische Darstellung schrittweise bei Reproduktion
des Versuchs analysiert wird.
Um während eines neuen Versuchs oder bei
der Reproduktion eines bereits durchgeführten
die Idee der Vektorsumme der Kräfte
auch graphisch sichtbar zu machen, wird die
fehlende Kraft FZusatz �
als Pfeil dynamisch
mit in das Vektordiagramm wie in Abb. 5.19
eingezeichnet, um dann die Proportionalität
~ ( H Zusatz ) F F a
� � �
+ als wichtige neue Aussage
zu visualisieren (mehrere Screenshots in
Abb. 5.20). Möglich ist, während des Programmlaufs
auf Tastendruck eine momentane
Anpassung vorzunehmen - aus dem gemessenen
a � wird FZusatz �
Abb. 5.19: Ein Momentbild der dynamisch ikonischen
Darstellung des Versuchsablaufs mit einer Zusatzkraft,
� �
um a ~ ΣF
aufzuzeigen (die Darstellung rechts unten ist
berechnet -, um
an- und abwählbar)