Federpendel

In den Physikbildungsstandards stehen folgende Kompetenzen:

Kompetenz Nr. 3:

Formalisierung und Mathematisierung in der Physik

Die Schülerinnen und Schüler können den funktionalen Zusammenhang zwischen physikalischen Größen erkennen, grafisch darstellen und Diagramme interpretieren und sie können funktionale Zusammenhänge selbstständig finden

Kompetenz Nr. 4:

Spezifisches Methodenrepertoire der Physik

Die Schülerinnen und Schüler können Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen untersuchen, Experimente selbstständig planen, durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen und einfache Fehlerbetrachtungen vornehmen. Sie können computerunterstützte Messwerterfassungs- und Auswertungssysteme im Praktikum selbstständig einsetzen.

Kompetenz Nr. 8:

Grundlegende physikalische Größen

Neben dynamischen Betrachtungsweisen ... können die Schülerinnen und Schüler mit weiteren grundlegenden physikalischen Größen umgehen: Inhalte: Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Entropie (Entropieerzeugung)

Kompetenz Nr. 9:

Strukturen und Analogien

Die Schülerinnen und Schüler können ... ihre Vorstellungen und Ausdrucksweisen über Schwingungen in eine angemessene Fachsprache und mathematische Beschreibung überführen. Grundkenntnisse werden bei folgenden Themen erwartet - Inhalte: Schwingung, harmonische mechanische ... Schwingung, Differenzialgleichung

Die Lösung der Differenzialgleichung bei einem Federpendel führt zu s(t), v(t) und a(t)-Diagrammen, die man deduktiv ableiten kann. Interessant sind u.a. auch die Phasenbeziehungen. Mit den passenden Sensoren kann man Vorhersagen zu diesen Diagrammen im Experiment direkt überprüfen. Die Vorhersage von s(t)-a(t)-Diagrammen - oder anderen Kombinationen - sind interessante Lernzielkontrollen auf dem Weg zum Kompetenzerwerb.

Versuchs-Material

• Notebook, Daten-Logger-Software
• Federpendel (Stativstange, Muffe, Querstange, Feder, Masse)
• Datenlogger, Netzteil, USB-Verbindungskabel
• Drehbewegungssensor, Kraftsensor, Ultraschallbewegungssensor, Beschleunigungssensor mit Verlängerungskabel

Hypothese/Theorie → Vorhersage

[V.01]

Welche Diagramme erwarten Sie bei einem Feder-Schwere-Pendel?

[V.02]

Welche Phasenbeziehungen muss man erwarten?

[V.03]

Welches F(t)-a(t)-Diagramm - bzw. s(t)-a(t)-Diagramm - kann man deduktiv ableiten?

[V.04]

Welche Rolle spielt die Entropie bei diesem Experiment?

Vorhersage → Experiment

• Installieren Sie das Federpendel, das Notebook, den Datenlogger und die Daten-Logger-Software. Achten Sie darauf, dass die Masse des Federpendels den Ultraschall-Bewegungssensor nicht beschädigt.
• Diskutieren Sie experimentelle Möglichkeiten, die relevanten physikalischen Größen bei einem Federpendel aufzuzeichnen.
• Überprüfen Sie Ihre Vorhersagen in einem passenden Experiment

Download des gesamten Workshops 2

Workshop 2: Experiment - Messerfassung: Herunterladen [pdf] [1,2 MB]

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