Informationsblatt 24: Hebel und Waagen
| Publikation: | 26.3.2009 |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Aus den Lehrplänen
Lernstufe 3:
Die von Menschen konstruierte Welt
- Hebel und Waagen: ein Gleichgewicht herstellen
Erschwernisse durch den gängigen Sprachgebrauch
In der Umgangssprache werden Masse und Gewicht nicht deutlich unterschieden. Aber es ist nicht zweckmäßig, sich in der Grundschule mit dieser Unterscheidung zu beschäftigen. Daraus würde nur Verwirrung entstehen, und die Begriffe Kraft, Anstrengung, Gewicht, ja manchmal sogar Geschwindigkeit, Bewegung würden durcheinandergebracht. Diese Begriffe sind zu kompliziert für eine Behandlung, geschweige denn für eine Definition, in der Grundschule. Der Lehrer kann, wenn dadurch der Unterricht nicht überladen wird, sich selbst an die korrekte Sprechweise halten, aber es scheint uns unmöglich, den Schülern Vorhaltungen zu machen, wenn sie die Begriffe gelegentlich durcheinanderbringen.
Erschwernisse aufgrund von vorgefassten Meinungen der Schüler
Kräfte werden für die Schüler von den Muskeln ausgeübt, in einer Anstrengung, die müde macht. Die Einsicht, dass ein träger Gegenstand auf einen anderen Gegenstand eine Kraft ausüben kann, bedarf einer schwierigen Übertragungsleistung. Man würde nicht sagen, dass "ein Gegenstand eine Anstrengung macht". Der in der Physik gebräuchliche Begriff ist die Kraft.
Ein paar Klippen an denen Beobachtung und Experiment scheitern könnten
Die Untersuchung der Rotation eines festen Körpers um eine starre Achse verlangt im allgemeinen Fall Kenntnisse, die erst in der Sekundarstufe vermittelt werden. In der Grundschule beschränkt man sich daher auf Anordnungen (reale oder simulierte), bei denen das Gleichgewicht mit einem waagrechten Balken hergestellt wird: die Balkenwaage, die Römerwaage, der Ausleger eines Krans, von den Schülern angefertigten Mobiles.
Kenntnisse
Ein Gegenstand, der sich um eine feste Achse drehen kann,
kann im Gleichgewicht gehalten werden, wenn die Wirkungen der
Kräfte, denen er ausgesetzt ist, sich aufheben.
Eine große Kraft hat eine größere Wirkung bei der Drehung
des Gegenstandes als eine kleine, wenn sie in gleicher
Entfernung von der Achse angreift.
Die gleiche Kraft hat bei der Drehung des Gegenstandes eine größere
Wirkung, wenn sie in größerer Entfernung von der Achse angreift.
Die soeben erwähnten "Kenntnisse" reichen für die Untersuchungen in der Grundschule aus. Sie sind allerdings nur dann exakt formuliert, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
Die Kraft greift in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse an.
In dieser Ebene müssen die Richtung, in der die Kraft wirkt,
und die Verbindungslinie zwischen Angriffspunkt der Kraft und
Rotationsachse einen rechten Winkel bilden.
Das Wort "Wirkung" (Wortwahl für die Schüler) steht für den physikalischen Begriff Drehmoment. Das Drehmoment einer Kraft ist gleich dem Produkt aus der Länge des Hebelarms und der Größe der Kraft. Der Hebelarm ist die Entfernung zwischen Angriffspunkt der Kraft und Rotationsachse.
Abb. 1: Der Hebelarm ist die Entfernung zwischen Angriffspunkt der Kraft und Rotationsachse.
Einsatz der Kenntnisse in anderen Zusammenhängen, verwandte Begriffe
- Gleichgewichte spielen in vielen praktischen Vorrichtungen eine Rolle.
- Die physikalischen Begriffe, um die es in diesen Untersuchungen geht (Kraft, Unterscheidung Masse/Gewicht, Drehmoment), stehen nicht in den Lehrplänen für die Grundschule.
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
