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

4 Interventionsstudie zur graphischen Modellbildung mit VisEdit 69
Eine Alternative zur schiefen Ebene wäre ein Trampolinspringer, was abgesehen von einer anderen
Reibungsart physikalisch äquivalent ist.
Nach diesem Thema waren die Schüler bereits in der Lage, als Hausaufgabe selbst Modelle auf dem
Papier zu erstellen. Relativ einfach war es, ein Modell zu der Standardsituation zu entwerfen, dass
eine Masse, die an einem Faden hängt, über ein Umlenkrad einen Gleiter auf der Luftkissenfahrbahn
beschleunigt. Man muss dabei nur bedenken, dass zwar die Zugkraft nur von der Masse des
Gleiters abhängt, aber die Beschleunigung von der gesamten bewegten Masse (Zugmasse und Gleitermasse).
Eine Herausforderung für die guten Schüler bzw. eine Erweiterung der Hausaufgabe im
Unterricht war das Modell, bei dem die Zugmasse durch eine Kette ersetzt ist, die sich durch die
Bewegung verkürzt, so dass man nicht nur
eine ortsabhängige Zugkraft, sondern auch
eine ortsabhängige bewegte Masse erhält
(siehe Abb. 4.12). Hier waren die Schüler
sehr überrascht, dass man recht einfach Graphen
erhält und anderseits der Lehrer keine
explizite analytische Lösung angeben kann.
Wichtig an beiden Beispielen ist das Grund- Abb. 4.12: Modell zum Wagen, der mit einer fallenden
Kette beschleunigt wird
prinzip, dass immer alle bewegten Massen
berücksichtigt werden müssen und diese
Gesamtmasse die Beschleunigung bestimmt.
Sehr wichtig war die Unterrichtsstunde zur Luftreibung. 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 sich ein Körper immer mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, wenn eine konstante
Kraft auf ihn einwirkt. Diese Vorstellungen entsprechen unseren Erfahrungen in einer Welt, in
der es stets (geschwindigkeitsabhängige) Reibung gibt, treffen aber höchstens für den Gleichgewichtszustand
nach einer Anfangsphase zu. Wegen der Übertragbarkeit auf Alltagssituationen sind
Versuche mit im Verhältnis zur Antriebskraft großen Luftreibungskräften wünschenswert, beispielsweise
mit Barthschen Fallkegeln (Wilhelm, 2000). Solche Fallkegel wurden im Unterricht
fallen gelassen und anschließend wurde versucht, dies zu modellieren (siehe Abb. 4.13). Interessant
ist dann auch, sich anzuschauen, was eine
kleinere bzw. größere Reibung und eine kleinere
bzw. größere Masse bewirkt. Auch hier
half wieder das fertige Wirkungsgefüge zum
Verstehen des Ablaufs und konnte als Diskussionsgrundlage
verwendet werden. In
dieser Stunde war das Interesse der Schüler
besonders hoch, insbesondere bei der Diskussion
der Auswirkungen im Alltag, wobei Abb. 4.13: Ausgabe zum Modell des mit Luftreibung
fallenden Fallkegels