Kinematik in der Einführungsphase: Geradlinig gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung, gleichförmige Kreisbewegung, harmonische Schwingung, Wurf (Mechanik, +Geogebra, +phyphox)

Beim Erwerb der zugehörigen ≫ Unterrichtsreihe sparen Sie 19% im Vergleich zum Kauf der Einzelmaterialien.Den Abschluss der kurzen Unterrichtsreihe zur ≫ Kinematik der gleichförmigen Kreisbewegung und harmonischer Schwingungen bildet die Untersuchung harmonischer Schwingungen.Ihre Schüler*innen arbeiten zunächst mit der App phyphox der RWTH Aachen, um mit den Sensoren eines Mobilgeräts die Beschleunigung von Federpendel und Fadenpendel aufzuzeichnen. So kommen sie erstmals mit Schwingungsbildern in Kontakt und erkennen, dass auch Schwingungen beschleunigte Bewegungen sind.Die Grundbegriffe zu mechanischen harmonischen Schwingungen werden auf dem nachfolgenden Arbeitsblättern geklärt und Ihre Schüler*innen rechnen mit dem zugehörigen Zeit-Elongations-,  Zeit-Geschwindigkeits- und Zeit-Beschleunigungsgesetz. Sie erklären die Schwingungsgleichungen unter Verwendung eines hierbeigefügten, selbst-erstellten und auch online verfügbaren Geogebra-Applets.

Klassenstufen: EF (10./11. Jhg.)

Beim Erwerb der zugehörigen ≫ Unterrichtsreihe sparen Sie 19% im Vergleich zum Kauf der Einzelmaterialien.Die SuS erarbeiten sich zum Einstieg in die kurze Unterrichtsreihe zur ≫ Kinematik der gleichförmigen Kreisbewegung und harmonischer Schwingungen an verschiedenen Kontexten die wichtigen Kenngrößen von Kreisbewegungen.Am Beispiel eine Karussels und den Zeigern einer Uhr werden die Begriffe Periodendauer, Frequenz, Bahngeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit sowie deren Beziehungen untereinander eingeführt. Dabei wird das Bogenmaß definiert. Lösungen zu allen Teilaufgaben sind zur Selbstkontrolle durch die SuS angegeben und eine Musterlösung für die Lehrkraft vorhanden.Am Kontext Langspielplatte sowie Kreisbewegungen im Weltraum (Orbits von Monden um Planeten, Planeten um die Sonne und des Sonnensystems um das galaktische Zentrum) wird die Verwendung der erarbeiteten Formeln geübt.Im Anschluss übertragen Ihre Schüler*innen die x- und y-Koordinate einer gleichförmigen Kreisbewegung in Drehwinkel-Ort Diagramme, um so den sinusartigen (bzw. cosinusartigen) Funktionsverlauf zu erkennen. Das bildet den Übergang zur Untersuchung der ≫ Kinematik und Kenngrößen harmonischer Schwingungen (+Geogebra und Lösung), die mit identischen Funktionstypen gebildet werden.

Klassenstufen: EF (10./11. Jhg.)

Zum Abschluss der ≫ Unterrichtsreihe Kinematik der geradlinig gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung stellen die SuS die Eigenschaften beider Bewegungsformen übersichtlich gegenüber.Hierzu stellen schneiden Sie kleine Kärtchen aus, die sie in eine sinnvolle Anordnung zu bringen gefordert sind. Die hierzu nötigen Kenntnisse entstammen der zugehörigen ≫ Unterrichtsreihe, insbesondere der experimentellen Untersuchungen der ≫ gleichförmigen Bewegung und der ≫ gleichmäßig beschleunigten Bewegung. Nicht unmittelbar abrufbares Wissen soll sowohl durch Recherche in ihren eigenen Aufzeichnungen als auch im Schülerbuch reaktiviert werden.

Klassenstufen: EF (10./11. Jhg.)

Die SuS untersuchen den waagerechten Wurf qualitativ und semi-quantitativ in einem Stationenlernen (Dauer: etwa eine Doppelstunde). Dabei lernen sie das Superpositionsprinzip kennen, indem sie beobachten, dass ein waagerecht geworfener Gegenstand genauso schnell fällt wie ein senkrecht fallender Gegenstand (Station 1) und eine geradlinig gleichförmig rollende Kugel genauso schnell ihr Ziel erreicht wie ein waagerecht geworfener Gegenstand (Station 2). Mit einer Simulation zu Wurfbewegungen (Station 3; mittels eines selbst-erstellten Geogebra-Skriptes; beigefügt) formulieren die SuS semi-quantitative Zusammenhänge zwischen Wurfweite und Abwurfhöhe / Abwurfgeschwindigkeit / Abwurfwinkel / Fallbeschleunigung. Außerdem erweitern die SuS zur Vorbereitung der quantitativen Untersuchung der Bahngeschwindigkeit beim Wurf ihre Kenntnisse zur grafischen Addition beliebig orientierter Vektoren am Beispiel von Kräften (Station 4; die SuS wissen zu diesem Zeitpunkt bereits wie gleich- und entgegengesetzt gerichtete Kräfte grafisch addiert werden).Bei der anschließenden quantitativen Untersuchung erklären die SuS zunächst basierend auf Ihren neuen Erkenntnissen zur Superposition die Form der Bewegungsgleichungen zum waagerechten Wurf und leiten sich durch eine eng geführte Aufgabenstellung eine Formel zur Berechnung der Wurfweite her. Mit den Erkenntnissen aus Station 4 addieren die SuS die Geschwindigkeitsanteile grafisch und bestimmen über einen Maßstab die Bahngeschwindigkeit. Durch geometrische Überlegungen (Pythagoras im rechtwinkligen Dreieck) leiten sie sich eine Formel zur Berechnung der Bahngeschwindigkeit her. Damit sich die SuS weitestgehend selbstständig durch die Aufgaben arbeiten können, werden  Hilfestellungen zur Auslage am Lehrerpult bereitgestellt.In zwei Aufgaben zum waagerechten Wurf wenden die SuS anschließend ihr neues Wissen und die neuen Formeln an.

Klassenstufen: EF (10./11. Jhg.)