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==Aufgaben zur Kraft==
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==Aufgaben zur Kraft==__NOTOC__
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===1) Was ist Kraft?===
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=Arbeitshinweise=
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Im Alltag wird oft der Begriff "Kraft" benutzt. Dabei ist aber nicht immer der physikalische Kraftbegriff gemeint. In vielen Fällen ist auch die in einem Gegenstand enthaltene Energie gemeint.
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*Schneidet bei jeder Station die '''Versuchsanleitung''' aus und klebt sie als Überschrift ins Heft.
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*Woran kann man erkennen, dass im physikalischen Sinne eine Kraft wirkt?
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*Schreibt / zeichnet unter der Überschrift '''Beobachtung''' eure Beobachtungen
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*Bei welchen der folgenden Aussagen ist der Begriff "Kraft" im physikalischen Sinne gemeint?
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* und unter der Überschrift '''Folgerungen''' eure Erklärungen oder Ergebnisse auf.
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:Bei welchen ist eher die Energie gemeint und bei welchen etwas ganz anderes?
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*Bei einigen Stationen sollt ihr auch noch eine Zusatzfrage beantworten.
  
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#Windkraftwerke werden oft in Küstennähe gebaut.
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==Station 1: Ein Magnet und andere Stoffe==
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#Er schiebt den Einkaufswagen mit voller Kraft nach vorne.
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[[Datei:Magnetismus_Lernzirkel1_Stoffe_untersuchen.jpg|thumb]]
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#Die frischen Blätter leuchten in einem kräftigen Grün.
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;Material
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#Kraft ihres Amtes verlieh sie ihm einen Orden.
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*ein Stabmagnet
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#Auch beim Basketball kann Krafttraining sinnvoll sein.
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*Probewürfel aus verschiedenen Materialien
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#Die Schwerkraft zieht Mond und Erde zusammen.
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*Gegenstände aus dem Zimmer
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#Es herrscht ein Mangel an Fachkräften.
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;Aufbau
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#Benzin und Diesel sind Kraftstoffe für Motoren.
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Haltet den Permanentmagneten an verschiedene Gegenstände im Zimmer und an die kleinen Würfel. Bei welchen Stoffen zeigt sich eine Wechselwirkung, bei welchen nicht?
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#Sie tritt mit voller Kraft in die Pedale.
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*Schreibt eure Beobachtung in einer Tabelle auf.
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#Mit freudiger Tatkraft gingen sie an's Werk.
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#In dieser Pflanze steckt eine große Heilkraft.
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====2) Luftballon====
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{|class="wikitable" style="text-align: center"
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[[Datei:Luftballon Druecken.jpg|thumb]]
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!style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Paula hält einen Luftballon zwischen ihren Händen.
+
magnetisierbare Stoffe   
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:'''a)''' Zeichne ein Bild wie Paula den Ballon hält. Wie verändert sich der Ballon durch das Festhalten?
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!valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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:'''b)''' Schneide dann den Ballon frei und zeichne in das Schnittbild die Kräfte ein, die auf den Luftballon wirken.
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nicht magnetisierbare Stoffe
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:'''c)''' Steht der Ballon unter Druck- oder unter Zugspanung?
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|-
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:'''d)''' Gib weitere Beispiele an, bei denen zwei gleichgroße Kräfte einen Körper verformen.
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "| Bleistift (Holz, Graphit)
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====3) Tauziehen====
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<br style="clear: both" />  
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[[Datei:Aufgabe Kraft Tauziehen.jpg|798px]]
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<br>Beide Mannschaften ziehen gleich stark. Die einzelnen Personen ziehen mit einer Kraft von <math>F_1=295\,\rm N \ ; \ F_2=380\,\rm N \ ; \ F_3=365\,\rm N \ ; \ F_4=210\,\rm N \ ; \ F_5=300\,\rm N \ ; \ F_6=150\,\rm N </math>
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:'''a)''' Schneide das Seil frei und zeichne in das Schnittbild die Kraftpfeile ein. Das Seil kannst du 19cm lang zeichnen. Die Kraftpfeile im Maßstab: <math>0{,}5\,\rm cm \ \widehat{=} \ 100 \,\rm N</math>.
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:'''b)''' Mit welcher Kraft zieht die 7. Person?
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:'''c)''' (Zusatzfrage) Wenn das Seil zu dünn ist, kann es auch reißen, was sehr gefährlich ist. Warum wird das Seil wohl am ehesten in der Mitte reißen?
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====4) Eine Tasche festhalten und loslassen====
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==Station 2: Die Pole eines Permanentmagneten (Kompass)==
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[[Datei:Aufgabe Kraft Tasche halten.jpg|thumb|150px]]
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[[Datei:Magnetismus_Lernzirkel1_Pole.jpg|thumb]]
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Maria hat ihre Schultasche gewogen, sie hat eine Masse von 3kg. Dann hebt sie sie hoch und hält sie fest. Als sie keine Lust mehr hat festzuhalten, läßt sie einfach los.
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;Material
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:'''a)''' Schneide die Tasche frei und zeichne in das Schnittbild die wirkenden Kräfte ein. (<math>1\,\rm cm \ \widehat{=} \ 10 \,\rm N</math>)
+
*zwei Stabmagnete
−
::1) Vor dem Loslassen
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*eine Schnur
−
::2) Kurz nach dem Loslassen
+
;Aufbau
−
:'''b)''' Erkläre anhand der Zeichnungen, warum die Tasche erst fällt, wenn Maria losläßt.
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1) Hängt einen Permanentmagneten mit einer Schnur drehbar auf und markiert den nach Norden zeigende Ende mit einem Stift. Dann macht ihr das gleiche mit dem anderen Magneten.
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2) Nähert die verschiedenen Pole der Magnete einander.
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<br style="clear: both" />
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==Station 3: Magneten herstellen und zerstören (magnetische Influenz)==
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[[Datei:Magnetismus_Lernzirkel1_Influenz.jpg|thumb]];Material
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*ein Stabmagnet
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*einige Eisennägel
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*ein Minikompass
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;Aufbau
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1) Hängt einen Eisennagel an den Nordpol eines Magneten und an diesen wiederum den nächsten Nagel und so weiter. Versucht eine möglichst lange Nagelkette zu bilden.
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2) a) Streicht mit dem Nordpol eines Permanentmagneten mehrmals vom Kopf zur Spitze über einen Eisennagel. Danach hält man zuerst den Kopf, dann die Spitze des Nagels an den Kompass.<br>
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b) Streicht mit dem gleichen Pol, aber in der anderen Richtung über den Nagel und haltet wieder die Enden an den Kompass.<br>
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c) Dann schmeißt man den magnetisierten Nagel mehrmals kräftig auf den Boden und untersucht ihn wiederum mit dem Kompass.
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<br style="clear: both" />
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==Station 4: Das Innere eines Magneten (Modell der Elementarmagnete)==
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[[Datei:Magnetismus_Lernzirkel1_zerbrochener_Magnet_Elementarmagnete.jpg|thumb]]
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;Material
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*ein zerbrochener Stabmagnet
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*ein Minikompass
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*ein Eisendraht mit Sollbruchstellen
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;Aufbau
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1) Untersucht den zerbrochenen Magneten mit dem Minikompass auf Magnetpole. Wenn der Magnet in mehrere Teile zerbrochen ist, untersucht auch die kleinen Bruchstücke.
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2) Streicht mit dem Nordpol des Magneten mehrmals in der gleichen Richtung über den Eisendraht. Legt danach den Magneten etwas weiter weg, damit er den Versuch nicht stört.<br>
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Untersucht dann den Eisendraht mit dem Kompass auf Pole und markiert den Nordpol mit einem Stift.<br>
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Zerbrecht den Eisendraht in zwei gleiche Teile und markiert wieder die Nordpole.<br>
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Zerbrecht nun die beiden Hälften in Viertel, diese in Achtel, und so weiter. Markiert jedesmal den Nordpol.
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<br style="clear: both" />
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==Station 5: Aufgaben==
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Teilt man einen Magneten in immer kleinere Stücke, entstehen wieder Magnete mit Nord- und Südpol. Wiederholt man diese Zerteilung immer und immer wieder, so gelangt man zu den einzelnen Atomen, den Elementarmagneten. Ein Eisenatom ist zum Beispiel ein winziger Magnet.
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{|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px "
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Bei magnetisierbaren Stoffen, wie Eisen, Nickel und Kobalt sind die Atome kleine Elementarmagnete. Bei nichtmagnetisierbaren Stoffen sind die Atome keine Magnete.
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Bei magnetisierten Stoffen sind die Elementarmagnete in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet.
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'''1)''' In den Bildern sind die Elementarmagnete von
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:a) einem unmagnetisierten Stück Eisen
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:b) einem Stück Kupfer
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:c) einem magnetisierten Stück Eisen
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gezeichnet. Ordne die Bilder zu und begründe.
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<gallery widths=200px  perrow=3>
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Bild:Festmagnet vollständig magnetisiert.png|
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Bild:Unmagnetisierbarer_Gegenstand.png|
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Bild:Festmagnet Weiss-Bezirke unmagnetisch.png|
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Reines Eisen (Fe) ohne Beimischungen nennt man ''Weicheisen''. Aus Weicheisen wird durch Beimischung von Kohlenstoff und anderen Zusätzen ''Stahl'' hergestellt.<br>
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Dadurch verändert sich die Drehbarkeit der Elementarmagnete! In Weicheisen sind sie leicht veränderbar, je mehr Zusätze das Eisen enthält, desto stabiler ist die Ausrichtung der Elementarmagnete.
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'''2)''' In Station 3 habt ihr eine "Nagelkette" an einen Magneten gehängt. Ohne den Magneten bleiben die unteren Nägel nicht an dem oberen hängen.
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*Zeichnet ein Bild mit einer Nagelkette mit nur zwei Nägeln. Zeichnet in den Magneten sowie in die Nägel die Ausrichtung der Elementarmagnete und die Pole ein.
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*Erklärt warum die Nägel mit Magnet aneinander haften und ohne Magnet nicht.
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'''3)''' Bei Station 3 habt ihr einen Eisennagel magnetisiert und durch Erschütterungen wieder entmagnetisiert.<br>
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*Erkläre dieses Ergebnis mit dem Modell der Elementarmagnete. (Zeichnung und Text)
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'''4)''' Wie werden wohl Permanentmagnete hergestellt, die man kaufen kann? Überlegt euch mindestens eine Möglichkeit.
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Bei einem magnetisierten Gegenstand hebt sich die Wirkung der Nord- und Südpole in der Mitte gegenseitig auf. Nur die Pole am Anfang und am Ende wirken nach Außen.<br>
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Man beschreibt daher den Magnetisierungszustand auch mit Magnetisierungslinien:
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{|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px "
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[[Datei:Festmagnet mit Ladungen.png|200px]]
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Magnetisierungslinien beschreiben die Ausrichtung der Elementarmagnete innerhalb eines Gegenstandes. Sie verlaufen vom Südpol zum Nordpol.
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'''5)''' Bei diesen Permanentmagneten ist die Ausrichtung der Elementarmagnete durch Magnetisierungslinien gekennzeichnet.
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*Kennzeichne die Südpole grün und die Nordpole rot.
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Scheibenmagnet_mit_Linien.png|Ein Scheibenmagnet.
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Magnet_mit_Linien_NSNS.png|Dieser Magnet hat mehr als zwei Pole!
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Bild:Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Ringmagnet mit Linien.png|Ein ringförmiger Magnet.
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</gallery>
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'''6)''' Bei diesen Permanentmagneten sind die Pole gekennzeichnet.
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*Zeichne den möglichen Verlauf der Magnetisierungslinien ein.
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<gallery widths=200px heights=200px perrow=3>
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Hufeisenmagnet.png
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Rundmagnet_NSNS.png
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Rundmagnet_NNSS.png
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</gallery>
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'''7)''' An einen Permanentmagneten hängen ein oder zwei Weicheisenstücke.
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*Baut euch selbst die Situation nach und sucht mit einem Kompass die Pole.
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*Zeichnet dann die Magnetisierungslinien im Weicheisen ein.
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;Material
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*ein Stabmagnet
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*zwei Stücke Weicheisen
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*ein Minikompass
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<gallery widths=250px heights=250px perrow=3>
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Stabmagnet_mit_Weicheisen.png
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Stabmagnet_mit_zwei_Weicheisen.png
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</gallery>
  
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====5) Eine Spielzeugpistole====
 
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[[Datei:Aufgabe Kraft Spielzeugpistole.jpg|thumb|300px]]
 
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Schaue dir die Zeichnung der Spielzeugpistole an.
 
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:'''a)''' Wie funktioniert die Pistole?
 
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:'''b)''' Schneide die Kugel frei und zeichne in das Schnittbild die auf sie wirkenden Kräfte ein.
 
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::1) Vor dem Abdrücken
 
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::2) Nach dem Abdrücken
 
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:'''c)''' Erkläre mit den Zeichnungen von 1) und 2) die Wirkung auf die Kugel.
 
 
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Version vom 22. Januar 2025, 19:36 Uhr

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Aufgaben zur Kraft

Arbeitshinweise

  • Schneidet bei jeder Station die Versuchsanleitung aus und klebt sie als Überschrift ins Heft.
  • Schreibt / zeichnet unter der Überschrift Beobachtung eure Beobachtungen
  • und unter der Überschrift Folgerungen eure Erklärungen oder Ergebnisse auf.
  • Bei einigen Stationen sollt ihr auch noch eine Zusatzfrage beantworten.

Station 1: Ein Magnet und andere Stoffe

Magnetismus Lernzirkel1 Stoffe untersuchen.jpg
Material
  • ein Stabmagnet
  • Probewürfel aus verschiedenen Materialien
  • Gegenstände aus dem Zimmer
Aufbau

Haltet den Permanentmagneten an verschiedene Gegenstände im Zimmer und an die kleinen Würfel. Bei welchen Stoffen zeigt sich eine Wechselwirkung, bei welchen nicht?

  • Schreibt eure Beobachtung in einer Tabelle auf.

magnetisierbare Stoffe

nicht magnetisierbare Stoffe

Bleistift (Holz, Graphit)


Station 2: Die Pole eines Permanentmagneten (Kompass)

Magnetismus Lernzirkel1 Pole.jpg
Material
  • zwei Stabmagnete
  • eine Schnur
Aufbau

1) Hängt einen Permanentmagneten mit einer Schnur drehbar auf und markiert den nach Norden zeigende Ende mit einem Stift. Dann macht ihr das gleiche mit dem anderen Magneten.

2) Nähert die verschiedenen Pole der Magnete einander.


Station 3: Magneten herstellen und zerstören (magnetische Influenz)

Magnetismus Lernzirkel1 Influenz.jpg
;Material
  • ein Stabmagnet
  • einige Eisennägel
  • ein Minikompass
Aufbau

1) Hängt einen Eisennagel an den Nordpol eines Magneten und an diesen wiederum den nächsten Nagel und so weiter. Versucht eine möglichst lange Nagelkette zu bilden.

2) a) Streicht mit dem Nordpol eines Permanentmagneten mehrmals vom Kopf zur Spitze über einen Eisennagel. Danach hält man zuerst den Kopf, dann die Spitze des Nagels an den Kompass.
b) Streicht mit dem gleichen Pol, aber in der anderen Richtung über den Nagel und haltet wieder die Enden an den Kompass.
c) Dann schmeißt man den magnetisierten Nagel mehrmals kräftig auf den Boden und untersucht ihn wiederum mit dem Kompass.


Station 4: Das Innere eines Magneten (Modell der Elementarmagnete)

Magnetismus Lernzirkel1 zerbrochener Magnet Elementarmagnete.jpg
Material
  • ein zerbrochener Stabmagnet
  • ein Minikompass
  • ein Eisendraht mit Sollbruchstellen
Aufbau

1) Untersucht den zerbrochenen Magneten mit dem Minikompass auf Magnetpole. Wenn der Magnet in mehrere Teile zerbrochen ist, untersucht auch die kleinen Bruchstücke.

2) Streicht mit dem Nordpol des Magneten mehrmals in der gleichen Richtung über den Eisendraht. Legt danach den Magneten etwas weiter weg, damit er den Versuch nicht stört.
Untersucht dann den Eisendraht mit dem Kompass auf Pole und markiert den Nordpol mit einem Stift.
Zerbrecht den Eisendraht in zwei gleiche Teile und markiert wieder die Nordpole.
Zerbrecht nun die beiden Hälften in Viertel, diese in Achtel, und so weiter. Markiert jedesmal den Nordpol.


Station 5: Aufgaben

Teilt man einen Magneten in immer kleinere Stücke, entstehen wieder Magnete mit Nord- und Südpol. Wiederholt man diese Zerteilung immer und immer wieder, so gelangt man zu den einzelnen Atomen, den Elementarmagneten. Ein Eisenatom ist zum Beispiel ein winziger Magnet.

Bei magnetisierbaren Stoffen, wie Eisen, Nickel und Kobalt sind die Atome kleine Elementarmagnete. Bei nichtmagnetisierbaren Stoffen sind die Atome keine Magnete.

Bei magnetisierten Stoffen sind die Elementarmagnete in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet.

1) In den Bildern sind die Elementarmagnete von

a) einem unmagnetisierten Stück Eisen
b) einem Stück Kupfer
c) einem magnetisierten Stück Eisen

gezeichnet. Ordne die Bilder zu und begründe.

  • Festmagnet vollständig magnetisiert.png
  • Unmagnetisierbarer Gegenstand.png
  • Festmagnet Weiss-Bezirke unmagnetisch.png


Reines Eisen (Fe) ohne Beimischungen nennt man Weicheisen. Aus Weicheisen wird durch Beimischung von Kohlenstoff und anderen Zusätzen Stahl hergestellt.
Dadurch verändert sich die Drehbarkeit der Elementarmagnete! In Weicheisen sind sie leicht veränderbar, je mehr Zusätze das Eisen enthält, desto stabiler ist die Ausrichtung der Elementarmagnete.

2) In Station 3 habt ihr eine "Nagelkette" an einen Magneten gehängt. Ohne den Magneten bleiben die unteren Nägel nicht an dem oberen hängen.

  • Zeichnet ein Bild mit einer Nagelkette mit nur zwei Nägeln. Zeichnet in den Magneten sowie in die Nägel die Ausrichtung der Elementarmagnete und die Pole ein.
  • Erklärt warum die Nägel mit Magnet aneinander haften und ohne Magnet nicht.

3) Bei Station 3 habt ihr einen Eisennagel magnetisiert und durch Erschütterungen wieder entmagnetisiert.

  • Erkläre dieses Ergebnis mit dem Modell der Elementarmagnete. (Zeichnung und Text)

4) Wie werden wohl Permanentmagnete hergestellt, die man kaufen kann? Überlegt euch mindestens eine Möglichkeit.


Bei einem magnetisierten Gegenstand hebt sich die Wirkung der Nord- und Südpole in der Mitte gegenseitig auf. Nur die Pole am Anfang und am Ende wirken nach Außen.
Man beschreibt daher den Magnetisierungszustand auch mit Magnetisierungslinien:

Festmagnet mit Ladungen.png

Magnetisierungslinien beschreiben die Ausrichtung der Elementarmagnete innerhalb eines Gegenstandes. Sie verlaufen vom Südpol zum Nordpol.

5) Bei diesen Permanentmagneten ist die Ausrichtung der Elementarmagnete durch Magnetisierungslinien gekennzeichnet.

  • Kennzeichne die Südpole grün und die Nordpole rot.

  • Ein Scheibenmagnet.

  • Dieser Magnet hat mehr als zwei Pole!

  • Ein ringförmiger Magnet.

6) Bei diesen Permanentmagneten sind die Pole gekennzeichnet.

  • Zeichne den möglichen Verlauf der Magnetisierungslinien ein.
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Hufeisenmagnet.png
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Rundmagnet NSNS.png
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Rundmagnet NNSS.png

7) An einen Permanentmagneten hängen ein oder zwei Weicheisenstücke.

  • Baut euch selbst die Situation nach und sucht mit einem Kompass die Pole.
  • Zeichnet dann die Magnetisierungslinien im Weicheisen ein.
Material
  • ein Stabmagnet
  • zwei Stücke Weicheisen
  • ein Minikompass
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Stabmagnet mit Weicheisen.png
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Stabmagnet mit zwei Weicheisen.png


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