Bezugssysteme - Ein Arbeitsplan: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 11. November 2011, 23:04 Uhr

Aufgaben

des Arbeitsplanes sind:

1. Die Beispiele durchzuarbeiten und schriftlich im Übungsheft zu beantworten
2. Einen Heftaufschrieb für das Regelheft zu erarbeiten.

Beispiele

Verschiedene Bezugspunkte

1) Elisabeth steht auf einer Wiese.

Auf welche Art und Weise kann man die Frage „Wo steht Elisabeth?“ beantworten?

Verschiedene Geschwindigkeiten

2) Elisabeth läuft in einem fahrenden Zug zunächst in, danach gegen die Fahrtrichtung, beidesmal mit 5 km/h, während der Zug mit 200 km/h schnell fährt.

Wie schnell ist Elisabeth in den beiden Fällen von Außen betrachtet?

Materialien:

• Der Anfang des Lernmoduls "Relativität" des ZDF zum Thema "spezielle Relativitätstheorie", Kapitel Relativität".
• Der Anfang des Films Frames of Reference.
• Die Animation von verschiedenen Booten und Personen auf einem Fluss.

Beschleunigtes System (linear)

3) Elisabeth sitzt in einem Zug, der zunächst am Bahnhof steht, dann losfährt bis er schließlich eine konstante Geschwindigkeit erreicht hat. Vor dem nächsten Bahnhof bremst der Zug wieder ab.

• Sichtweise von Außen:

a) Wie verändert sich Elisabeths Impuls während des Zugfahrens?

b) Welche Gegenstände Drücken oder Ziehen an Elisabeth, um ihren Impuls zu verändern?

• Sichtweise von Innen:

Relativ zum Zug befindet sich Elisabeth immer in Ruhe, also hat sie keinen Impuls!

a) Was spürt sie während der Zugfahrt beim Beschleunigen, Fahren und Bremsen?

b) Welche Kräfte wirken während der Zugfahrt beim Beschleunigen, Fahren und Bremsen auf Elisabeth?

Mache dazu Zeichnungen, an denen auch ersichtlich ist, wo die Kräfte Ziehen oder Drücken.

Materialien:

• Eine Animation des fahrenden Zuges.
• Der zweite Teil des Films Frames of Reference bis 3:40 min.
• Das Lernmodul "Relativität" des ZDF, "allgemeine Relativitätstheorie", Kapitel "Äquivalenzprinzip".

Drehendes System (Gegenstand "ruht")

4) Elisabeth fährt Karussell und hält einen Ball in der Hand.

• Sichtweise von Außen:

a) Wie verändert sich während des Drehens der Impuls des Balles?

b) Wie wird diese Veränderung bewirkt? Zeichne eine Skizze mit Kraftpfeil dazu.

• Sichtweise von Innen:

Relativ zum Karussell ist Elisabeth in Ruhe, dass heißt, sie hat keinen Impuls!

a) Was spürt Elisabeth während ihrer Karussellfahrt?

b) Welche Kräfte wirken währen des Fahrens? Mache dazu eine Zeichnung, an der auch ersichtlich ist, wo die Kräfte Ziehen oder Drücken.

Materialien:

• Eine Animation des Karussells. (Die Datei speichern, entpacken und die *.html-Datei öffnen.)
• Der zweite Teil des Films "Frames of Reference" von 6:30 min bis 8:00 min.

Drehendes System (Gegenstand bewegt sich)

Dieser Abschnitt ist nur für solche Leute gedacht, welche die anderen Abschnitte schnell und gut bearbeitet haben und daher noch Zeit haben. Oder für Solche, die neugierig sind.

5) Elisabeth läßt beim Karussellfahren den Ball über das Karussell rollen. Dazu gibt sie dem Ball einen „Schubs“, das heißt durch eine Wurfkraft gibt sie ihm Impuls mit.

• Sichtweise von Außen:

Nachdem der Ball die Hand verlassen hat rollt er ohne weitere Krafteinwirkung. Welche Bahnkurve beschreibt der Ball daher?

• Sichtweise von Innen

Die Person auf dem Karussell kann seltsame Sachen beobachten. Nichts, was man so erwarten würde.

Eine Untersuchung erlaubt diese Animation. (Runterladen, Entpacken und die *.html-Datei starten.)

Die Animation kann man mit dem Knopf links unten (>) starten oder die Zeit t am Schieberegler einstellen.

Versuche mit einer geeigneten Wurfkraft folgendes zu erreichen:

-Die gegenübersitzende Person fängt den Ball eine Umdrehung nach dem Abwurf.

-Die werfende Person fängt den Ball eine Umdrehung nach dem Abwurf.

-Die werfende Person fängt den Ball eine 3/4 oder 1/4 Umdrehung nach dem Abwurf.

weitere Materialien

• Der zweite Teil des Films "Frames of Reference" ab 3:30 min.
• youtube: The Coriolis Force (Auf einem Karussel)
• youtube: Coriolis Effect (Mr Musselman's Online Classroom)
• youtube: Foucault Pendulum (Houston,Texas)
• youtube: Dartmouth professor discusses Foucault's pendulum

Heftaufschrieb

Der Heftaufschrieb soll die folgende Frage für vier verschiedenen Fälle beantworten.

Die Antworten sollen auch Beispiele und Zeichnungen enthalten.

Welche der physikalischen Größen Ort, Geschwindigkeit, Impuls und Kraft wird von zwei BetrachterInnen in verschiedenen Bezugssystemen genauso oder verändert wahrgenommen, bzw. gemessen?

1) Zwei BetrachterInnen in Ruhe an verschiedenen Orten.

2) Eine BetrachterIn ruht, die andere bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit.

3) Eine BetrachterIn ruht, die andere beschleunigt gerade.

4) Eine BetrachterIn ruht, die andere dreht sich.