2.3: Die Erfindung des Rads
| Autoren: | |
| Publikation: | 9.3.2015 |
| Lernstufen: | 2, 3 |
| Übersicht: | Setzt man Rundhölzer und Räder zum Transport einer schweren Last ein, wird die Reibung verringert und die Last kann leichter bewegt werden. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Wortschatz: | rollen, gleiten, Hebel |
| Dauer: | 1 Stunde |
| Material: |
Für jede Gruppe:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Ausgangsfrage
Die Ergebnisse der letzten Unterrichtsstunde werden zusammengefasst. Anschließend fragt die Lehrerin: "Wie haben Menschen in der Steinzeit schwere Lasten (zum Beispiel die Felsblöcke der Hünengräber, Menhire) transportiert?".
Die Steinzeitmenschen haben zum Transport schwerer Lasten keine Räder benutzt, sondern Rundhölzer. Die ganze Klasse überlegt, wie man mit einem Experiment nachprüfen kann, dass eine Last mit Rundhölzern oder auf Rädern leichter zu bewegen ist.
Wissenschaftliche Anmerkungen
- Auch hier muss wieder systematisch vorgegangen werden, es dürfen nicht mehrere Parameter gleichzeitig verändert werden. Häufig planen die Kinder Folgendes: Man nimmt einfach einen Gegenstand und misst die Kraft, mit der man ihn bewegen kann; anschließend wird der Gegenstand auf ein Skateboard oder auf Rundhölzer gestellt und es wird erneut die Kraft gemessen. Dabei wir jedoch ein zweiter Parameter verändert: die transportierte Masse (einmal nur der Gegenstand, und einmal der Gegenstand plus das Skateboard).
- Eine mögliche Lösung wäre, das Skateboard auch bereits in den ersten Versuch zu "integrieren": Einmal wird der Gegenstand auf das Skateboard gestellt, das andere Mal das Skateboard auf den Gegenstand gelegt. Damit wäre die Last beide Male die gleiche.
-
Nur hat man in diesem Fall ein Problem mit den Rundhölzern: Wenn man es nicht
schafft, sie so auf der Last zu befestigen, dass sie nicht herunterrollen,
macht man besser zwei getrennte Experimente:
- Gegenstand allein / Gegenstand auf Rundhölzern: Es wird die Wirkung der Rundhölzer geprüft. Dieses Experiment ist einfach und kann daher als Erstes durchgeführt werden.
- Gegenstand unter dem Skateboard / Gegenstand auf dem Skateboard: Die Last ist die gleiche, es wird die Wirkung der Rollen geprüft.
Experimente (Gruppenarbeit)
Je nachdem welche Kraftmesser zur Verfügung stehen (geeicht für 5 N, 10 N oder 50 N), wird man mehr oder weniger schwere Lasten wählen.
Das Experiment mit den Rundhölzern
Abb. 1: Experiment mit einer Last auf Rundhölzern [1]
Die Schüler stellen ihre Ergebnisse vor und notieren sie in die aus der letzten Unterrichtsstunde übernommene Tabelle.
| Rundhölzer | Kraft in N |
|---|---|
| ohne | 20 |
| mit | 4,5 |
Tab. 1: Für den Transport einer Last benötigte Kraft – mit und ohne Rundhölzer. In diesem Fall wird die Masse der Rundhölzer nicht berücksichtigt.
Das Experiment mit den Rädern
Abb. 2: Experiment mit einer Last unter einem Skateboard [1]
| Räder | Kraft in N |
|---|---|
| ohne (Skateboard liegt auf der Last) | 20 |
| mit (Last liegt auf dem Skateboard) | 4 |
Tab. 2: Für den Transport einer Last benötigte Kraft – mit und ohne Hilfe von Rädern. In diesem Fall wird die Masse des Skateboards berücksichtigt.
Gemeinsame Erörterung
In der gemeinsamen Besprechung wird klar, dass eine Last sich sowohl mithilfe von Rundhölzern als auch mithilfe von Rollen/Rädern leichter bewegen lässt. Der Kraftaufwand für den Transport wird erheblich geringer.
In der Diskussion wird es auch um den Unterschied zwischen Rundhölzern und Rädern gehen. Die Verwendung von Rundhölzern ist nicht so bequem, weil man sie immer wieder vor die Last legen muss, wenn diese bewegt wird. Das erspart man sich, wenn man die Last auf Rädern transportieren kann.
Arbeit mit dem Arbeitsblatt 5 (Einzelarbeit)
Jeder Schüler erhält ein Exemplar des Arbeitsblattes 5 (Die Erfindung des Rads) und liest es durch [2]. Anschließend wird das Arbeitsblatt im Rahmen der gesamten Klasse zusammengefasst.
Zusammenfassung
Die Klasse formuliert gemeinsam eine Schlussfolgerung.
Beispiel: Mithilfe von Rundhölzern lässt sich eine Last leichter transportieren. Noch effektiver wird der Transport, wenn man die Last auf Räder oder Rollen stellt.
Abb. 3: Versuchsprotokoll zum Transport einer Last [1]
Mögliche Erweiterung
Nach dieser kurzen Unterrichtseinheit über das Rad bietet es sich an, noch einen Blick auf den luftgefüllten Reifen zu werfen. Ein Reifen hat eine höhere Bodenhaftung. Das lässt sich leicht überprüfen, indem man zum Beispiel zwei Getränkedosen nimmt und eine davon mit mehreren breiten Gummibändern (die den Reifen darstellen sollen) umwickelt.
Wenn nun jemand eine der Dosen mit der Hand in eine schnelle Rotationsbewegung (um die Längsachse der Dose) versetzt und sie dann auf dem Tisch absetzt, wird die mit Gummibändern umwickelte Dose schnell vorwärts rollen. Das liegt an der höheren Bodenhaftung. Die andere Dose "dreht durch". Ein weiterer Vorteil eines mit Luft gefüllten Reifens ist seine stoßdämpfende Wirkung. Das kann man nachvollziehen, indem man das Rad eines (alten!) Fahrrads einmal ohne und einmal mit Reifen über unebenes Gelände rollen lässt.
Abb. 4: Der Versuch mit den Getränkedosen
Fußnoten
1: Die Fotos wurden in einer 4. Klasse von Anne-Marie Lebrun (Bourg-la-Reine) gemacht.
2:
Quellen:
Piktogramme aus dem Eanna-Tempel in Uruk (heute Warak/Irak):
The earliest evidence of wheeled vehicles in Europe
and the Near East: J. A. Bakker, J. Kruk, A. E. Lanting,
S. Milisauskas; Antiquity 73 (1999) S. 778
Tonkrug von Bronocice (Polen): Wikipedia
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
