Unser neues Material Klasse 10 Physik - Kräfte und Bewegungen

Liebe Physik-Kolleg:innen, 

Wie die meisten haben wir jahrelang den wahlbekannten Standardgang der Mechanik unterrichtet (zuerst Kinematik, dann Kräfte, ...). Wir haben diesmal einen anderen Gang probiert, der uns organischer vorkommt: Die Kräfte nicht künstlich von der Kinematik zu trennen, sondern sie von Anfang an zu thematisieren. Unsere Erfahrungen sind durchweg positiv und wir freuen uns über eure Rückmeldungen. 

Wir beginnen mit der Methode der Idealisierung, indem wir eine komplexe Situation betrachten (James Bonds Sprung mit dem Auto über einen Fluss) und idealisieren diese, um unterschiedliche Bewegungsformen und Einflüsse voneinander zu trennen. Anschließend thematisieren wir direkt das 1. Newton'sche Gesetz mit einem Gedankenexperiment, und lernen, dass entgegen unserer Alltagserfahrung Körper nur unter dem Einfluss von Kräften ihre Bewegung ändern. Somit müssen im Alltag Kräfte wirken, die direkt als Reibungskräfte qualitativ eingeführt werden. Das Kräftegleichgewicht wird dann für den Fall einer gleichförmigen Bewegung unter reellen Bedingungen eingeführt. 

Anschließend wiederholen die SuS die Kräftedarstellung mit Hilfe von Kraftpfeilen und die Kräfteaddition mit Hilfe von Kräfteparallelogrammen. Diese Erkenntnisse werden angewandt, um Kräfte (Gewichtskraft, Federkraft) als Kraftpfeile einzuzeichnen und mit Hilfe des Kräftegleichgewichts mathematisch zu lösen. Neu hinzu kommt dann die Kräftezerlegung. 

Die Eigenschaft der Trägheit wird eingeführt und konkrete Experimente und Alltagssituationen untersucht. Die Reibungskraft wird im Kurzpraktikum näher untersucht (ohne Gleichung, die nicht im Bildungsplan BW enthalten ist) und die Ursache der Reibungskraft entdeckt. 

Erst jetzt nach dem Verständnis der zugrunde liegenden Kräfte folgt die Kinematik, zuerst mit der gleichförmigen Bewegung, dann mit der gleichmäßig beschleunigten Bewegung, wobei wir uns zuerst auf die Analyse der Bewegungsdiagramme konzentrieren um am Schluss aus den Bewegungsdiagrammen die Gleichungen herzuleiten und dann anzuwenden. 

Wir führen an zwei Stellen Videoanalysen durch: Bei der beschleunigten Bewegung am Beispiel des freien Falls (mit Viana) und dann im Unterschied zum freien Fall an der schiefen Ebene (mit SparkVue von Pasco), die auf die Kinematik folgt. Die Schüler erkennen, dass die Beschleunigung an der schiefen Ebene nicht proportional zum Winkel ist, und mit der am Ende durchgeführten Kräftezerlegung wird der mathematische Zusammenhang deutlich.

Nach der Kenntnis der Kinematik wird diese mit den Kräften über das 2. Newton'sche Gesetz zusammengeführt und in Übungsaufgaben vertieft. Der freie Fall als Anwendung wird unter realen Bedingungen untersucht und die wirkenden Kräfte (Luftreibung) qualitativ eingeführt. 

Wir schließen die Einheit mit dem dritten Newton'schen Gesetz ab, bei dem wir an Hand von mehreren Experimenten und Gedankenexperimenten die Kräfte untersuchen.