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

5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik 121
Anwendung bei zweidimensionalen Bewegungen:
17 Kreisbewegung
18 Zentripetalkraft
19 Übung Zentripetalkraft
20 Fahrzeuge in Kurven
Tab. 5.2: Grobstruktur des Dynamikunterrichts
5.3.5 Die Behandlung des dritten newtonschen Gesetzes
Die im Unterricht häufig gewählten Formulierungen „actio gleich reactio“ bzw. „Kraft gleich Gegenkraft“
verstärken die in Kapitel 2.2.4.2 beschriebene falsche Einteilung in eine aktive Ursache
und in eine passive Wirkung. In der newtonschen Sichtweise sind jedoch beides völlig gleichberechtigte
Kräfte. Deshalb ist hier nicht von „actio und reactio“ oder „Kraft und Gegenkraft“ die Rede,
sondern vom „dritten newtonschen Gesetz“ bzw. vom „Wechselwirkungssatz“.
Ein beim dritten newtonschen Gesetz häufig dargestellter Versuch ist der Versuch, der auf NEWTON
selbst zurückgeht, bei dem ein Magnet und ein Eisenstück auf Korkstücken (oder Styropor) liegen,
die wiederum auf Wasser schwimmen (Grehn et al., 1998, S. 50; Gaitzsch et al., 1996, S. 35; Feuerlein
et al., 1993, S. 41). Dieser Versuch ist durch die kleine Anziehungskraft nicht überzeugend
realisierbar, da die Korkstücke schwanken und sie durch die Oberflächenspannung nicht nur gegenseitig,
sondern auch vom Gefäßrand angezogen werden. Selbst bei einem guten Aufbau ist aber
aufgrund der geringen Reichweite des Magnetfeldes eine Beobachtung nur über eine kurze Strecke
(ca. 10 cm) bzw. kurze Zeit (ca. 5 s) möglich. Mehr, als dass sich beide irgendwie aufeinander zu
bewegen, kann man kaum aussagen.
Deshalb wurde zunächst der Versuch mit zwei gleich schweren Schülern auf zwei Skateboards (Bader
et al., 1998, S. 34; Gaitzsch et al., 1996, S. 35; Feuerlein et al., 1993, S. 41) eingesetzt. Ein
Schüler bekommt den Auftrag, den anderen aktiv zu sich herzuziehen, während dieser den Auftrag
bekommt, nur passiv das Seil festzuhalten – ohne den anderen herzuziehen. Man findet sicher auch
zwei annähernd gleich schwere Schüler, die etwas Erfahrung mit Skateboards haben. Das Problem
ist, das man in der Regel keine zwei Skateboards mit gleicher Reibung zur Verfügung hat, so dass
sich keine gleichen Geschwindigkeiten einstellen und die Schüler sich nicht in der Mitte treffen.
In allen in Schulbüchern aufgeführten Versuchen werden stets nur die Geschwindigkeiten verglichen,
die zwei Körper nach einer Beschleunigungsphase haben (Wilhelm, Heuer, 2004, S. 17 f.).
Will man wirklich die Gleichheit beider Kräfte zeigen, muss man aber zwei Beschleunigungen messen.
Dies ist mit einer kontinuierlichen Messung mit einem Messwerterfassungssystem möglich,
was nur von wenigen Lehrbüchern eingesetzt wird – allerdings auch nur zur Geschwindigkeitsmessung.
Für eine genaue kontinuierliche Messung wurde der Standardversuch mit den zwei Skateboardfahrern
auf der Luftkissenfahrbahn nachgebaut, so dass nach einer qualitativen Durchführung des Skateboardversuchs
damit eine quantitative Behandlung zur Erarbeitung des dritten newtonschen Gesetzes
möglich ist (Albert, 1997). Auf der horizontalen Luftkissenfahrbahn stehen zwei Luftkissengleiter.
Auf einem wird eine kleine Holzplatte befestigt, auf der ein reibungsarmer Kleinmotor (F ≈
0,02 N, Dauermagnet-Motor, Außenpolmotor, Firma Faulhaber, Serie 1616, Typ 003S), zwei 1,5