2.1 Kräfte und Bewegungen – Unterrichtsmaterial
Kraft für gekrümmte Bahnen und Zentripetalkraft
Dieses Lehrmaterial behandelt die physikalischen Grundlagen von Kreisbewegungen und gekrümmten Bahnen. Es erklärt ausführlich die Zentripetalkraft und wendet diese anhand von Beispielen wie Kettenkarussell, Kreispendel, Kurvenfahrten und Achterbahn-Loopings mathematisch-formal her.
Die Newtonschen Gesetze
Der Text behandelt ausführlich die drei Newtonschen Axiome der klassischen Mechanik, beginnend beim Trägheitsgesetz über das dynamische Grundgesetz bis hin zum Wechselwirkungsgesetz. Anhand von Beispielen und Formeln werden grundlegende physikalische Zusammenhänge zu Kräften und Bewegungen verständlich erklärt.
Geschwindigkeit
Dieses Lehrmittelkapitel führt den physikalischen Geschwindigkeitsbegriff umfassend ein. Es behandelt die Durchschnittsgeschwindigkeit, Einheitenumrechnungen, Anwendungsbeispiele sowie die Unterscheidung zwischen mittlerer Geschwindigkeit als Vektorgröße und der Momentangeschwindigkeit beziehungsweise dem Tempo.
Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung
Der Text erklärt detailliert die physikalischen Konzepte der Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung sowie deren Zusammenhang mit Periodendauer, Frequenz und Tangentialgeschwindigkeit bei Drehbewegungen. Mathematische Herleitungen und ein durchgerechnetes Anwendungsbeispiel runden die theoretische Darstellung ab.
Kommentare und Loesungen zu Kräfte und Bewegungen
Dieses Dokument enthält kommentierte Aufgabenlösungen und Erklärungen zum Thema Kräfte und Bewegungen. Es befasst sich insbesondere mit dem Trägheitssatz, Inertialsystemen, gleichförmigen sowie beschleunigten Bewegungen und vergleicht diese mit historischen Vorstellungen wie denen von Aristoteles.
Geradlinige beschleunigte Bewegungen anhand von Videoaufnahmen
Dieses Unterrichtsmaterial befasst sich mit der Analyse geradliniger beschleunigter Bewegungen anhand von Videoaufnahmen eines Spielzeugautos. Die Schülerinnen und Schüler lernen, s-t-Diagramme zu erstellen, Messdaten auszuwerten sowie Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zu bestimmen.
Freier Fall und senkrechter Wurf
Das Material behandelt den freien Fall und den senkrechten Wurf anhand von Messdaten, Experimenten zur Fallbeschleunigung und dazugehörigen Aufgaben. Es werden zentrale physikalische Konzepte wie die konstante Fallbeschleunigung und die Unabhängigkeit der Masse im Vakuum erarbeitet.
Das Wechselwirkungsgesetz auf der Luftkissenbahn
Dieses Unterrichtsmaterial analysiert mithilfe eines Films und Fotos von Kraftmessern an einer Luftkissenbahn den Zusammenhang zwischen Kräften und Beschleunigungen. Lernende beantworten quantitative Fragen zu Massen, Beschleunigungen und resultierenden Kräften.
Aufgabe erklären: Mechanik-Präsentationen
Die Lernenden erhalten den Auftrag, eine physikalische Aufgabe aus der Mechanik, wie etwa zur Kreisbewegung oder zur Gravitation, als Slide-Show mit Live-Kommentar für die Klasse auszuarbeiten. Die Seite stellt hierzu detaillierte Anweisungen sowie zahlreiche anonymisierte Beispiele von Schülerarbeiten bereit.
Bewegungsanalyse und Diagrammerstellung
Dieses Arbeitsblatt im Tabellenformat dient der quantitativen Erfassung und Auswertung von Bewegungen. Lernende erfassen Messwerte, stellen diese in Diagrammen dar und beschreiben physikalische Abläufe fachsprachlich.
Kinematik und Dynamik - Skript, Aufgaben und Experimente
Eine umfassende Materialsammlung zu den Themen Kinematik, Dynamik, Dichte und Bewegungen mit Skripten, Übungsaufgaben samt Lösungen, Videos und praxisnahen Experimenten.
6 Schülerexperimente mit Vernier LabPro
Eine Sammlung von sechs Schülerexperimenten für die Sekundarstufe II, die Themen wie Koordinatensysteme, Beschleunigungsmessungen, Kräfte und den Energieerhaltungssatz behandeln. Die Versuche nutzen digitale Hilfsmittel und Messwerterfassung, um physikalische Zusammenhänge experimentell zu erforschen.
Einführung in die Statik
Dieses Leitprogramm führt Schülerinnen und Schüler anhand von Alltagsbeispielen, einem eigenen Experiment und Berechnungen in die Grundlagen der Statik und das Hebelgesetz ein. Es behandelt den Kraftbegriff sowie lineare Gleichungen im Kontext von Kraftgleichgewichten.
Kreisbewegungen (Leitprogramm)
Dieses Leitprogramm führt Schülerinnen und Schüler im Umfang von 8 bis 10 Lektionen in die physikalischen Grundlagen von Kreisbewegungen ein. Es behandelt sowohl kinematische als auch dynamische Aspekte sowie den Energiesatz anhand von alltäglichen Beispielen und Anwendungen.
Überlagerung von Geschwindigkeiten (Leitprogramm)
Dieses Leitprogramm behandelt die Kinematik der geradlinigen gleichförmigen Bewegung anhand von Alltagsbeispielen wie Rolltreppen, Flugzeugen im Wind oder Booten auf einem Fluss. Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie sich mehrere Bewegungen in verschiedenen Bezugssystemen überlagern und wie man Geschwindigkeiten berechnet.
Anwendungen von rotierenden Bezugsschnitten
Der Text erklärt die Behandlung von dynamischen Problemen mithilfe rotierender Bezugssysteme anhand von Beispielen wie dem Kreispendel, dem Looping, der Kurvenfahrt mit einem Zweirad und den Lagrange-Punkten. Dabei wird konsequent mit Scheinkräften wie der Zentrifugalkraft und der Corioliskraft argumentiert. Mathematische Herleitungen und Formeln stehen im Zentrum der Erklärungen.
Rotierende Bezugssysteme und Scheinkräfte
Dieses Lehrmaterial behandelt ausführlich rotierende Bezugssysteme sowie die dabei auftretenden Scheinkräfte wie Zentrifugalkraft, Corioliskraft und Eulerkraft. Es enthält sowohl theoretische Herleitungen und Formeln als auch anschauliche Anwendungsbeispiele wie das Foucaultsche Pendel und den Eötvös-Effekt.
Physiksimulationen mit Python
Dieses Lehrmaterial zeigt Schritt für Schritt, wie physikalische Bewegungssimulationen wie der freie Fall mit und ohne Luftwiderstand in Python programmiert und visualisiert werden können. Es verbindet Programmiergrundlagen praxisnah mit der quantitativen Beschreibung von Bewegungen und Kräften.
Physikalische Simulationen mit Tabellenkalkulation
Diese Anleitung zeigt, wie physikalische Bewegungen wie der freie Fall mit und ohne Luftwiderstand mithilfe einer Tabellenkalkulation ohne Programmierkenntnisse simuliert werden können. Es werden das Einrichten von Tabellenblättern, die Erstellung von Formeln für Zeitschritte, Diagramme und das Bocksprung-Verfahren behandelt.
Beschreibung von Veränderung und numerische Integration in der Physik
Der Text führt in die numerische Simulation von Bewegungsgleichungen mit dem Euler- und dem Bocksprung-Verfahren ein. Zudem werden die Grenzen der Berechenbarkeit und chaotische Systeme mit schwacher Kausalität thematisiert.
Drehbewegung und Rotation
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Grundlagen von Drehbewegungen und das Modell des starren Körpers ein. Es baut auf dem Wissen über lineare Bewegungen auf und bereitet die Analogie zwischen Translations- und Rotationsgrössen auf.
Anwenden von Kräften
Der Text erklärt grundlegende Konzepte der Mechanik wie das Zusammenfassen und Auffächern von Kräften, die Arbeit mit Kräftediagrammen, die Wirklinie sowie das Freischneiden von Körpern. Anhand von Beispielen werden Vektoraddition, Kräfteparallelogramme und physikalische Modelle wie der Massenpunkt erläutert.
Impuls drehender Körper
Dieses Lehrmaterial behandelt die physikalischen Grundlagen rotierender Körper, darunter Drehimpuls, Drehimpulserhaltung, Drehmoment, den Pirouetteneffekt sowie Kreiselphänomene wie Präzession und Nutation. Es enthält mathematische Herleitungen, Definitionen und anschauliche Anwendungsbeispiele aus Astronomie und Alltag.
Bewegungen aufzeichnen
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Grundlagen der Kinematik ein, indem es die Erfassung von Bewegungen durch Punkte, Koordinaten, Bezugssysteme sowie Film- und Fototechniken (wie Stroboskopaufnahmen) erläutert. Es vermittelt grundlegende Konzepte zur Auswertung von Bewegungsdaten für den Physikunterricht.
Kräfte in beschleunigten Bezugssystemen
Der Text erklärt den Unterschied zwischen Inertialsystemen und beschleunigten Bezugssystemen anhand von alltäglichen Beispielen wie Bremsvorgängen und Kurvenfahrten. Dabei wird das Konzept der Scheinkräfte oder Trägheitskräfte eingeführt und deren Bedeutung für physikalische Erklärungen erläutert.
Das Galilei-Fallexperiment und die schiefe Ebene
Dieses Material beschreibt das historische Fall- und Rollbeobachtungsexperiment von Galileo Galilei an der schiefen Ebene. Es erläutert die Versuchsidee, den Aufbau zur Verlangsamung der Bewegung sowie die mathematische Proportionalität zwischen Fallweg und der quadrierten Fallzeit.
Relativbewegung
Der Text erklärt anschaulich den Begriff der Relativbewegung, den Unterschied zwischen relativen und absoluten Aussagen sowie die Bedeutung von Inertialsystemen. Zudem werden das Galileische Relativitätsprinzip und die mathematischen Grundlagen der Galilei-Transformation behandelt.
Federkraft und das Hookesche Gesetz
Der Text erklärt die Grundlagen der Federkraft, den linearen Zusammenhang zwischen Kraft und Auslenkung sowie das Hookesche Gesetz. Zudem werden die Federkonstante, Einheiten, der Elastizitätsbereich und die Funktionsweise von Federkraftmessern beschrieben.
Streuung von Testteilchen am rotierenden Doppelsternsystem
Das Material zeigt anhand von Abbildungen und Simulationen die Bahnen von Testteilchen im Gravitationsfeld eines rotierenden Doppelsternsystems. Dabei werden sowohl das Inertialsystem als auch das mitrotierende Bezugssystem mit Zentrifugal- und Corioliskräften betrachtet.
Kurven fahren und Eisschnelllauf
Das Material enthält physikalische Aufgaben und Erklärungen zum Thema Kurvenfahren und Eisschnelllauf. Anhand von Beispielen wird der Neigungswinkel in Kurven sowie die Zentripetalkraft berechnet.
Modellierung des Ausflussverhaltens von Flaschen
Dieses Praktikumsmaterial befasst sich mit der experimentellen Untersuchung und Modellierung der Entleerung von Flaschen. Die Lernenden erfassen Messwerte von Hand, werten diese aus und erstellen Diagramme, um Funktionen für die Ausflussgeschwindigkeit zu bestimmen.
Dynamik und Reibung
Diese Sammlung von Unterrichtsmaterialien zum Thema Dynamik umfasst Versuche zu Kräften, Animationen zur Reibung, Lehrvideos zu den Newtonschen Gesetzen sowie Aufgaben zu Bewegungen und Luftwiderstand.
Kraft und Wirkung
Der Text führt in die physikalischen Grundbegriffe von Kraft und deren Wirkungen ein. Er behandelt Auswirkungen, physikalische Definitionen über Vektoren, Messungen mittels Federkraftmessern sowie eine Übersicht über verschiedene Kraftarten und die vier Grundkräfte der Physik.
Projektideen für physikalische Simulationen
Das Material bietet eine Sammlung von Anregungen für eigene Simulationsprojekte im Physikunterricht, darunter der schräge Wurf, Raketenflüge, Bungeespringen, Satellitenbahnen und das Zweikörperproblem. Zudem werden allgemeine methodische Tipps für den Übergang zu mehrdimensionalen Simulationen und der Computernotation gegeben.
Gegenüberstellung und Zusammenhang von Translations- und Rotationsgrössen
Das Material bietet eine übersichtliche tabellarische Gegenüberstellung sowie die mathematischen Zusammenhänge zwischen Translations- und Rotationsgrössen in der Mechanik. Es dient als kompakte Formelsammlung und Referenz für die Kinematik und Dynamik von Rotationsbewegungen.
Physikalische Simulationen und Applets
Eine Sammlung von Java-Applets und Applikationen zur Simulation verschiedener physikalischer Phänomene wie Schwingungen, Gasdruck, Kepler-Bahnen und Wellen. Die Applets bieten interaktive Visualisierungen für den Physikunterricht.
Kräfte addieren
Das Material stellt interaktive Applets zur Verfügung, um die Vektoraddition von Kräften in einer Ebene zu demonstrieren und zu üben. Es dient als visuelle Ergänzung zum Verständnis von resultierenden Kräften.
Fallende Papiertrichter und Reibung
Dieses kurze Unterrichtsmaterial beschreibt die Untersuchung von Fallbewegungen anhand von Papiertrichtern mittels Videoanalyse und LoggerPro. Es zeigt, wie Bewegungsdaten aus Filmaufnahmen erfasst und im Unterricht ausgewertet werden können.
Kraftstoss, Rückstoss und technische Anwendungen
Dieses Material behandelt den Kraftstoss und den Rückstoss anhand von Beispielen wie dem Start eines Space-Shuttles, Knautschzonen, Velohelmen und Modellraketen. Es zeigt praktische Anwendungen physikalischer Prinzipien im Bereich der Kräfte.
Die Impetustheorie in der historischen Physik
Der Text beschreibt die historische Impetustheorie als Vorläufer der modernen Bewegungslehre anhand eines Wikipedia-Auszugs. Am Ende wird eine Reflexionsfrage zur Entwicklung des physikalischen Verständnisses von Flugbahnen gestellt.
Pruefungsuebersichten und Lernziele Physik
Das Material enthaelt eine Sammlung von Pruefungsuebersichten, Lernzielen und Hinweisen zu verschiedenen Themenbereichen der Physik wie Kinematik, Dynamik (Newton) und Thermodynamik. Es dient Schuelern zur Vorbereitung auf Leistungsnachweise und listet die relevanten Kompetenzen, Diagrammarten und Hilfsmittel auf.
Physikalische Phänomene und numerische Simulationen mit Excel
Diese Materialsammlung bietet kurze Artikel zu physikalischen Phänomenen wie dem Mpemba-Effekt sowie Excel-basierte Simulationen zur harmonischen Schwingung und zum Fallschirmsprung. Die physikalischen Bewegungen werden dabei schrittweise aus den Newtonschen Bewegungsgleichungen abgeleitet.
Animationen zu Wurfparabeln von rotierenden Rädern
Das Material bietet drei Animationen von Wurfparabeln, die sich von vertikal, horizontal und schräg rotierenden Rädern oder Regenschirmen ablösen. Dabei werden die Einhüllenden (Enveloppen) der Wurfparabeln in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit visuell dargestellt.
ETH Bridge Award 2018 - Wettbewerbsinfos und Ablauf
Diese Seite beschreibt den Ablauf und die Bedingungen des ETH Bridge Award 2018, bei dem Schülerinnen und Schüler von Berner Gymnasien im Team eine möglichst leichte und stabile Brücke bauen mussten. Neben den organisatorischen Details enthält das Material konstruktive Vorgaben, Masse und physikalische Tipps zur Tragkraft und Stabilität.
Physikalische Simulationen und Animationen
Eine Sammlung von verschiedenen physikalischen Simulationen, Animationen und Arbeitsblättern zu Themen wie Mechanik, Optik, Elektrizität und Wellen.
Einführung in die Bewegungslehre (Kinematik)
Der Text bietet eine kurze Einleitung in das Teilgebiet der Kinematik und definiert den Begriff der Bewegung. Dabei werden grundlegende Grössen wie Zeit, Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie Anwendungen in verschiedenen Fachbereichen angerissen.
Ergänzende Beispiele zur Kreisbewegung
Das Material bietet eine Sammlung von Beispielen, Berechnungsaufgaben und Simulationen zur Kreisbewegung in der Physik. Themen sind unter anderem der Hammerwurf, künstliche Schwerkraft in Filmen sowie die Zentripetalkraft beim Eisschnelllauf.
Schiefer Wurf - Übungen und Fragestellungen
Das Material enthält kurze Aufgaben, Fragestellungen und Vergleiche zum Thema schiefer Wurf im Physikunterricht. Es beinhaltet Bezüge zu historischen Konzepten wie der Impetustheorie sowie Video- und Simulationsverweise.
Physikalische JavaScript-Simulationen und Stoppuhr
Eine Sammlung von einfachen JavaScript-Animationen und Werkzeugen, die physikalische Phänomene wie Kreisbewegungen, reale Gase und die SBB-Bahnhofsuhr sowie eine Stoppuhr darstellen.
Einführung in den Kraftbegriff
Der Text führt den physikalischen Begriff der Kraft als zentrales Konzept für Bewegungen und Änderungen im Universum ein. Es handelt sich um eine sehr kurze Einleitung zu Beginn des Kapitels.