Arbeitsblatt: Mein Hebelbuch

Name: Inhaltsverzeichnis Lernzirkel 1: Der zweiseitige Hebel Lernzirkel 2: Der einseitige Hebel Lernzirkel 3: Die Wippe Lernzirkel 4: Hebel überall Lernzirkel 5: Die Rolle Zusatzaufgabe: Hebelwettbewerb Mein Hebelbuch – Arbeitsanleitung: In deinem Hebelbuch arbeitest du ordentlich und sorgfältig. Denke daran, dass du alles begründest. Für die Aufgaben hast du drei Physikdoppelstunden Zeit. Einige Aufgaben kannst du nur außerhalb der Schulzeit lösen (Legende siehe unten). Die Zusatzaufgabe gibt Extrapunkte! Das Hebelbuch muss vor den Maiferien bei mir abgegeben werden! Ich werde dein Hebelbuch bewerten und diese Note fließt in deine schriftlichen Leistungen mit ein. Einzelarbeit Partnerarbeit Aufgaben, die du zu Hause bearbeiten kannst. Aufgaben, die du in der Schule bearbeiten kannst Lernzirkel 1 Der zweiseitige Hebel Versuch 1 Punkte: Wie lässt sich die Kraft einer Kneifzange erhöhen? Aufbau Material Kneifzange, 2 Schraubzwingen, Holzbrettchen, stabiles Stahlrohr, in das die Hebelgriffe der Zange hineinpassen, Kraftmesser, Nägel oder Draht Durchführung Befestige die Kneifzange mit den Schraubzwingen am Tisch! Steck das Rohr auf! Durchschneide den Nagel bzw. das Drahtstück! Miss die Kraft, die du an den Stellen A, B, und dazu aufwenden musst und trage die Messwerte in die Tabelle ein. Miss nach, wie weit die Punkt A, B, und vom Drehpunkt der Kneifzange entfernt sind und trage die Längen in die Tabelle ein. Welche Vermutung hast du zum Verhältnis zwischen Länge und Kraft? 3 Messpunkt Kraft (in N) Abstand (in cm) Vermutung Lernzirkel 1 Der zweiseitige Hebel Versuch 2 Punkte: Wie ist Handbremsedeines Fahrrads zu benutzen? Untersuche die Handbremse deines Fahrrads. Wie wirkt jeweils die Handbremse, wenn du zuerst bei (1) und anschließend bei (2) drückst? Begründe! 4 5 Lernzirkel 1 Der zweiseitige Hebel Versuch 3 Punkte: Der zweiseitige Hebel a) Ermittle durch Probieren oder Überlegen die fehlenden Werte. b) Versuche eine mathematische Regel herauszufinden, die einen Zusammenhang zwischen den Messwerten herstellt. Material Stativ, Hebelarm mit Längeneinteilung, 2 Gewichtsteller, diverse Schlitzgewichte (10 und 50 g), Halterung für den Hebelarm, evtl. Kraftmesser Durchführung An Lastarm und Kraftarm werden jeweils in verschiedenen Entfernungen vom Drehpunkt verschiedene Gewichte gehängt. Der Hebelarm wird dann anschließend durch Anhängen entsprechender Gegengewichte (evtl. auch durch einen Kraftmesser) ins Gleichgewicht gebracht. Beispiel: Am Lastarm wirkt eine Kraft von 2 N, die durch eine Kraft von 1 N, die in doppelter Entfernung am Kraftarm wirkt, ins Gleichgewicht gebracht wird. zweiseitiger Hebel Kraftarm aK 20 cm Lastarm aL 10 cm 100 * 200 * Kraft FK 1 Kraft FL 2 Anstelle der Gewichte kann auch ein Kraftmesser verwendet werden Stativ 6 Beachten: der Gewichtsteller für die Gewichte wiegt 10 FL 2N aL FK 10 cm 20 cm 10 cm 1N aK 1,6 10 cm 20 cm 20 cm 15 cm 1,5 5 cm 15 cm 1,2 5 cm 0,9 15 cm 5 cm 1N 20 cm 5 cm 0,8 20 cm 10 cm 20 cm 2,5 20 cm 3,6 2,5 cm 15 cm 2N 7,5 cm 15 cm 15 cm 1,4 15 cm Mathematische Regel, die einen Zusammenhang zwischen den Messwerten herstellt: (Hebelgesetz) 7 8 Lernzirkel 2 Der einseitige Hebel Versuch 4 Punkte: Eine harte Nuss ist zu knacken Willst du die Schale einer Haselnuss aufbrechen, reicht deine Muskelkraft allein nicht aus. Du brauchst ein Hilfsmittel, am besten einen Nussknacker. Beim Nussknacker befindet sich der Drehpunkt vorne an der Spitze. Es gibt einen langen und einen kurzen Hebelarm. Beide liegen auf der derselben Seite des Drehpunktes. Wie musst du den Knacker anfassen, damit du die Schale mit möglichst wenig Kraft zerdrücken kannst? Begründe deine Antwort möglichst genau und probiere es anschließend aus. 9 Lernzirkel 2 Der einseitige Hebel? Versuch 5 Punkte: Werkzeuge über Werkzeuge Material: Diverse Werkzeuge (wie Flaschenöffner, Kneifzange, Schraubenschlüssel usw.), passende Materialien für die Werkzeuge Durchführung: Wähle drei Werkzeuge aus und untersuche die Kraftwirkung mit Hilfe der passenden Materialien. Aufgaben: Fertige jeweils eine Skizze an und benenne die jeweiligen Teile des Hebels genau (Drehpunkt, Lastarm, Kraftarm)! 10 11 Lernzirkel 3 Sprechblasen Punkte: Wippe Was sagen sich Bär und Maus, wenn sie „gleichberechtigt wippen wollen? 12 Lernzirkel 3 Wippe Versuch 6 Punkte: Gleichgewicht auf der Wippe Stelle mit deinem Partner Gleichgewicht auf einer Wippe her. Wir waren bei der Wippe Trage die ermittelten Kräfte und Längen der Kraftarme in die Tabelle ein. FL in FK in aL in cm aK in cm Setze die ermittelten Werte in die Gleichung für das Hebelgesetz ein und vergleiche. Nenne mindestens zwei Ursachen für das Ergebnis des Vergleiches. 13 Lernzirkel 4 Hebel überall Aufgabe Punkte: Wo sind die Hebel versteckt? Überall im Alltag begegnen uns Hebel. Manche sind leicht zu erkennen, andere sind schon ziemlich gut versteckt. Finde bei den folgenden Bilder heraus: a) um welchen Hebel es sich handelt (einseitig zweiseitig) b) wo sich Lastarm und Kraftarm befinden 4) Ein Kran hebt einen schweren Wagon 1) Erkläre warum Asterix den viel schwereren Obelix hochdrücken kann. 5) Der Arm – ein falsch konstruierter Hebel? 6) Judo –die Hebelsportart 14 Lernzirkel 4 Hebel überall Aufgabe Punkte: Kann ein Kind einen Elefanten hochheben? Stell dir vor, ein Elefant steht auf einem stabilen Balken, der sich auf einem festen Punkt drehen kann (wie eine Wippe). Am anderen Ende steht ein Kind. Wie lang muss der Hebelarm sein, damit das Gewicht des Kindes ausreicht, um den Elefanten hochzuheben? Begründe! Fertige zunächst eine Skizze an! 15 Lernzirkel 4 Hebel überall Sprichwort Punkte: Er sitzt am längeren Hebel Erkläre das Sprichwort „am längeren Hebel sitzen und gebe ein Beispiel dafür! 16 Lernzirkel 5 Die feste Rolle Versuch 7 Punkte: Die feste Rolle – eine weitere einfache Maschine? Material 1 feste Rolle, verschiedene Gewichtsstücke, Kraftmesser, 2 Stative, 1 lange Stativstange, 3 Doppelmuffen, Messstab, Band (recht gut eignet sich Nylonband) Durchführung Die feste Rolle wird an einem Stativ mit Hilfe einer Doppelmuffe befestigt. a) Die Gewichtsstücke werden jeweils bis auf Höhe des Kraftmessers angehoben und in Gleichgewichtslage abgelesen. b) Kraftweg und Lastweg werden gemessen und notiert. 2N Kraftweg sK 2N 2N Lastweg sL FL FK sK Was beobachtest du? 17 sL 2N Wie kannst du deine Beobachtung erklären? Lernzirkel 5 Die lose Rolle Versuch 8 Punkte: Die lose Rolle – eine weitere einfache Maschine? Material 1 lose Rolle, verschiedene Gewichtsstücke, 2 Kraftmesser, 2 Stative, 1 lange Stativstange, 2 Doppelmuffen, Messstab, Band Durchführung Die lose Rolle wird an einer Stativstange befestigt. a) Die Gewichtsstücke werden auf verschiedene Höhen angehoben. b) Kraftweg und Lastweg werden gemessen und notiert. 1N 1N Kraftweg sK 2 Lastweg sL 2 18 Die Messwerte können in eine Tabelle eingetragen werden. FL FK sK sL Was beobachtest du? Wie kannst du deine Beobachtung erklären? 19 Lernzirkel 5 Die Rolle Bildergeschichte Punkte: Was beim Bauen so alles passieren kann 1. Ordne die Bilder in der physikalisch richtigen Reihenfolge. 2. Beschreibe den jeweiligen Vorgang in den Bildern. Du kannst dabei die Wortliste benutzen. Wortliste: Feste Lose Rolle; Kiste; Kistenboden Kistenrahmen; Balken; Masse; Kraft Gewichtskraft Zugkraft Pflock 20 21 Zusatzaufgabe Hebelwettbewerb Schwerer oder leichter? Bestimme mit Hilfe einer 500g – Packung Nudeln, eines Bandmaßes und eines Fadens die Masse eines Besens. Beschreibe dein Verfahren genau! Welchen Wert hast du erhalten? 22 Schwerer oder Leichter Punkte: 23