Im Physikunterricht ist eines der grundlegenden Konzepte, die Schüler selbst herausfinden zu lassen, was sie lernen. Dazu werden eine Reihe von Experimenten gemacht, hier eine kleine Auswahl:
Lichtbrechung
Zur Lichtbrechung wurde ein recht simpel aufgebautes Experiment durchgeführt. Ein Lichtstrahl wird auf ein Prisma gelenkt, die entstehenden Lichtfarben werden festgehalten.
Aufbau
Abgedunkelt
Deutlich erkennbares Farbspektrum
Luftwiderstand
Am 14. Oktober 2012 sprang Felix Baumgartner mit Druckanzug und Fallschirm aus fast 39 Kilometern Höhe auf die Erde. Der Österreicher zog seine Reißleine nach vier Minuten und 20 Sekunden. Wir haben uns nun gefragt, was aus physikalischer Sicht hinter diesem Sprung steckt und wollten ihn daher im Unterricht nachstellen und physikalisch beschreiben. In dem Modell, das wir entwickelten, wird Baumgartner durch eine Wäscheklammer mit einer Geldmünze repräsentiert, die mit einem Taschentuch als Fallschirm fallen gelassen wird.
Den Fall haben wir gefilmt und dann mit dem Videoanalyseprogramm Tracker untersucht. Wir haben der Software also ständig gesagt: „Gerade befindet sich die Klammer hier. – Jetzt ist sie dort. – Nun befindet sie sich da.“ Mit diesen Informationen hat das Programm dann die Position und die Geschwindigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten berechnet.
Dabei sind wir auf ein interessantes Ergebnis gekommen: Unsere Konstruktion beschleunigt anfangs, doch wenn sie eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, behält sie diese bei und wird nicht mehr schneller. Woran liegt das?
Eigentlich lässt sich dieses Phänomen ganz einfach erklären: Die Gravitationskraft (also die Schwerkraft der Erde) wirkt die ganze Zeit auf die Klammer ein, weshalb sie immer schneller fällt. Das einzige, was sie noch ein bisschen bremst, ist der Luftwiderstand, aber der hängt unter anderem von der Geschwindigkeit ab und spielt zu Beginn kaum eine Rolle. Doch wenn das Objekt nun immer schneller wird, wird der Luftwiderstand immer größer. Irgendwann führt das dann so weit, dass sich Gravitationskraft und Luftwiderstand die Waage halten – und die Geschwindigkeit konstant bleibt.
Was passiert eigentlich, wenn man im Tandem, also zu zweit, springt? Wird bei größerer Masse auch die Geschwindigkeit, die man erreicht, größer? In unserem Modell bekommt die Geldmünze also Gesellschaft von einer zweiten Münze. Wir führen das gleiche Experiment nun ein weiteres Mal durch und tatsächlich erreichen die beiden Münzen gemeinsam eine höhere Geschwindigkeit.
Das ist eigentlich auch nur logisch, da bei größerer Masse die Gravitationskraft, die auf die Konstruktion wirkt, größer ist. Dadurch muss auch der Luftwiderstand größer sein, damit die beiden sich ausgleichen – und wie oben bereits erwähnt, ist dieser unter anderem abhängig von der Geschwindigkeit. Dass der Luftwiderstand größer sein muss, bedeutet in diesem Fall nichts anderes, als dass die Geschwindigkeit, die das Tandem erreicht, größer ist!
Flaschenzüge
Hier noch ein paar Bilder zum dem Schülerexperiment zu Flaschenzügen.
