Fallbewegungen unter Berücksichtigung der Luftreibung

Die Mechanik ist eines der am leichtesten zugänglichen Themengebiete der Physik, da den Schülerinnen und Schülern die Phänomene der Kinematik und Dynamik aus ihrer alltäglichen Lebenswelt bekannt sind. Durch die experimentelle Untersuchung von physikalischen Zusammenhängen in Schülerexperimenten kann die Lernmotivation der Schülerinnen und Schüler gesteigert werden. Dies ist jedoch bei vielen Themen der Mechanik bei Verwendung von traditionellen Experimentiermethoden wie Stoppuhr und Maßband nicht oder nur mit großem Aufwand möglich. Die physikalische Videoanalyse bietet einen alternativen experimentellen Zugang, welche die experimentelle Untersuchung einer Vielzahl von Themen der Mechanik in Schülerexperimenten ermöglicht.

Bei der physikalischen Videoanalyse handelt es sich um ein Verfahren zur berührungslosen Messung der Orts- und Zeitkoordinaten von bewegten Körpern. Die Position des bewegten Objekts bezüglich eines zweidimensionalen Koordinatensystems wird dabei in jedem Einzelbild gespeichert. Aus den ermittelten Zeit- und Ortskoordinaten kann die (Durchschnitts-)Geschwindigkeit berechnet werden.

Beim Modul „Fallbewegungen unter Einfluss der Luftreibung“ führen die Schülerinnen und Schüler eigenständig in Kleingruppen Videoanalysen von Fallbewegungen mit dem Tablet-PC durch. Mit der verwendeten App ist es möglich, alle Schritte der Videoanalyse von der Aufnahme der Videos, über die Generierung der Messdaten bis hin zur Visualisierung der relevanten physikalischen Größen vollständig auf dem Tablet-PC durchzuführen.

Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten dabei folgende Fragestellungen:

• Wie kann die Erdbeschleunigung mittels der Videoanalyse bestimmt werden?
• Überlebt eine Ameise den Fall von einem Hochhaus?
• Wie sieht das Geschwindigkeitsprofil eines Fallschirmsprung aus?

Klassenstufe:
Ab Jahrgangsstufe 11

Dauer:
ca. 3 Std.

max. Gruppengröße:
+/- 16 (eine Klassen/Kursgröße)

Vorkenntnisse:

• Grundlagen der Kinematik
• Gleichförmige Bewegung
• Gleichmäßig beschleunigte Bewegung

Ablauf:

• Impulsvortrag (inkl. Einführung in die verwendete App): ca. 30 min.
• Experimentieren in Kleingruppen (2-3 Schüler*innen) : ca. 2 h
• Präsentation und Diskussion von Schülerlösungen: ca. 30 min.