4.4: Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Drehbewegung (Teil 1)
| Autoren: | |
| Publikation: | 9.3.2015 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: | Die Schüler überlegen, wie man eine geradlinige Bewegung (des Kolbens, der in der Dampfmaschine in Bewegung gesetzt wird) in eine Drehbewegung (der Räder der Lokomotive) umwandeln kann. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Wortschatz: | geradlinige Bewegung (Translationsbewegung), Drehbewegung (Rotation) |
| Dauer: | 1 Stunde 30 Minuten |
| Material: |
Für die Klasse:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Vorbereitung
Vor dieser Unterrichtsstunde basteln die Lehrerin oder/und die Schüler eine mechanische Karte, eine sogenannte Drehkarte (Abb. 1). Die Einzelteile aus Tonkarton werden mit Musterklammern befestigt. Wer nicht basteln (lassen) möchte, kauft eine Zieh- oder Drehkarte im Schreibwarengeschäft.
Abb. 1: Aufbau einer Drehkarte
Achtung: Zunächst sollte nicht zu sehen sein, wie die Drehkarte funktioniert. Die Schüler sollen versuchen, selbst auf das Funktionsprinzip zu kommen.
Ausgangsfrage
Die Lehrerin und die Schüler fassen noch einmal die Ergebnisse der Unterrichtsstunde über die Funktionsweise der Dampfmaschine zusammen. Die Lehrerin diskutiert mit der Klasse über die Bewegung des Rads. Es gibt einen wichtigen Unterschied: Die Dampfmaschine erzeugt eine geradlinige Bewegung (was die Lehrerin durch die entsprechende Gestik unterstreichen kann), während die Räder sich um eine Achse drehen. Die Frage lautet also: "Wie kann eine geradlinige Bewegung eine Drehbewegung erzeugen?". An dieser Stelle müssen zunächst die Begriffe "geradlinige Bewegung" und "Drehbewegung (Rotation)" erläutert werden.
Technologische Untersuchung (in Zweiergruppen)
Die Schüler überlegen alle zusammen, wie man vorgehen könnte. Nach einer Weile zeigt die Lehrerin den Schülern die Drehkarte, wobei der Mechanismus zunächst verborgen bleiben sollte. Sie zeigt ihnen, wo die geradlinige und wo die Drehbewegung ist. Wenn die Schüler herausbekommen, wie eine solche mechanische Karte funktioniert, kennen sie die Antwort auf die Ausgangsfrage.
Die Lehrerin teilt den Schülern nun mit, dass sie die Drehkarte nachbauen sollen. Dazu müssen sie erst herausfinden, wie sie funktioniert. In Zweiergruppen überlegen sie, wie der verborgene Mechanismus aussehen könnte. Sie schreiben und zeichnen, um darzustellen, was sie verstanden haben. Im nächsten Schritt können sie ihre Entwürfe mit dem verfügbaren Material zusammenbasteln und ausprobieren.
Abb. 2: Die Schüler versuchen eine Drehkarte zu bauen [1].
a) Diese Gruppe versucht den Kolben über eine Schnur mit dem Rad zu verbinden.
Mit der nicht starren Verbindung lässt sich der Kolben jedoch nicht wieder zurückziehen.
b)
Diese Gruppe versucht es mit einer starren Verbindung (Pleuel), hat aber
nicht herausgefunden, dass diese exzentrisch angreifen muss, damit sich das Rad auch bewegt.
c) Diese Gruppe hat zwar verstanden, dass die Pleuelstange [2]
exzentrisch angreifen muss, hat sie aber mit Klebeband befestigt, sodass sie blockiert
ist und sich das Rad nicht drehen kann.
d) Diese Gruppe hat ein brauchbares Pleuel-Kurbel-System hergestellt: Die Pleuelstange ist
starr und greift exzentrisch an. Sie ist auch lang genug, sodass sie das Rad um 360°
drehen kann.
Gemeinsame Erörterung
Die Drehkarten werden eingesammelt und ausgestellt. Die Schüler prüfen und vergleichen. Sie erkennen, was nicht funktioniert, erörtern, warum es nicht funktioniert, und suchen nach möglichen Verbesserungen.
Zusammenfassung
Die Klasse kommt zu einer gemeinsamen Schlussfolgerung.
Beispiel: Man kann eine geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung umwandeln.
Fußnoten
1: 6. Klasse von Sophie Gouet (Paris)
2: Vielleicht ist für die Kinder das Wort Schubstange einfacher als Pleuel oder Pleuelstange.
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
