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

114 5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik
kommt: Mit der Bewegungsrichtung kehrt
sich auch die Kraftrichtung um, die Kraft ist
immer gegen die Bewegungsrichtung gerichtet
und es handelt sich um eine Reibungskraft.
Dass die Gleitreibungskraft mit einem
Richtungswechsel auch ihre Richtung ändert,
war den Schülern bisher offensichtlich nicht
klar. Der eigentlich falsche Lehrsatz aus der
Mittelstufe, dass die Reibungskraft von der
Geschwindigkeit (statt von der Schnelligkeit)
unabhängig ist, ist anscheinend tief
verankert. Auch hier helfen die eingezeichneten
dynamischen Vektoren mit ihren Richtungen,
die Versuchssituation zu klären und
die wichtige Aussage für jeden deutlich zu
visualisieren und dadurch leichter erschließbar
zu machen.
Für das Verständnis der newtonschen Dynamik sind Versuchssituationen mit geschwindigkeitsabhängigen
Reibungskräften noch viel wichtiger als solche mit konstanten Reibungskräften, da diese
für die Fehlvorstellung verantwortlich sind, dass die Geschwindigkeit v � eines Körpers proportional
zur wirkenden äußeren Kraft ist. Wegen der Übertragbarkeit auf Alltagssituationen sind Versuche
mit im Verhältnis zur Antriebskraft großen Luftreibungskräften wünschenswert, beispielsweise mit
BARTHschen Fallkegeln (Wilhelm, 2000). Zwar wäre hierzu ein Versuch mit Wirbelstrom möglich
(Wilhelm, 1994, S. 168 ff., und Wilhelm, Heuer, 2002b, S. 7), da aber in Zusammenhang mit Fallbewegungen
auf jeden Fall auf die Luftreibung eingegangen werden muss, sollte dies auch erst
dann thematisiert werden. Hierfür eignet sich besonders gut eine Modellbildung.
Die allgemeine Form des zweiten newtonschen Gesetzes F p�
� �
= wird hier - wie in der elften Klasse
üblich - nicht behandelt, sondern nur Körper mit konstanter Masse betrachtet, was im traditionellen
Unterricht zu der Gleichung F = m⋅
a führt, die aber dort meist nur als Gleichung skalarer Größen
� �
betrachtet wird. WIESNER (Spill, Wiesner, 1988) führte mit F ⋅ ∆t
= m⋅
∆v
eine weitere Elementarisierung
für den Anfangsunterricht durch, indem er nur Zeitintervalle und keine Zeitpunkte betrachtete
und auf die Größe Beschleunigung verzichtete (siehe auch: Wiesner, 1994, S. 126 und Wodzinski,
Wiesner 1994a + 1994b sowie Wodzinski, 1996). Im Konzept dieser Arbeit wird die Be-
� �
schleunigung über a = ∆v
/ ∆t
explizit behandelt und das zweite newtonsche Gesetz in der Form
� �
a = ΣF
/ m verwendet, so dass man dies auch als Erweiterung des WIESNERschen Vorgehens für die
Sekundarstufe II auffassen kann. In beiden Konzepten wird mit zweidimensionalen Bewegungen
begonnen und die Geschwindigkeitsänderung v �
Abb. 5.21: Mehrere Screenshots des Ablaufs mit Reibungskraft
(Graph nicht im Unterricht gezeigt)
∆ in einem Zeitintervall ∆ t betont.