® Education HANDBUCH FÜR LEHRER HEBEL UND ROLLE EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN 7861078610
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN HEBEL UND ROLLE Handbuch Für Lehrer 96562-V4-10/14 ©2014 K’NEX Limited Partnership Group und ihre Lizenzgeber K’NEX Limited Partnership Group P.O. Box 700 Hatfield, PA 19440-0700 Besuchen Sie auch unsere Website www.knexeducation.com Email: abcknex@knex.com Telefon: 1-888-ABC-KNEX K’NEX Education ist eine eingetragene Marke der K’NEX Limited Partnership Group. Geschützt durch International Copyright. Alle Rechte vorbehalten.
Einführung: HEBEL UND FLASCHENZUGS Überblick Dieses Lehrerhandbuch wurde entwickelt, um Sie beim Einsatz des K’NEX Set Einführung Einfache Maschinen: Hebel und Rolle in Ihrer Klasse zu unterstützen. In Verbindung mit dem K’NEX Material und individuellen Schulbüchern, können die Informationen und Hilfsmittel in diesem Handbuch genutzt werden, um das Verständnis ihrer Schüler für wissenschaftliche Zusammenhänge aufzubauen und ihre Experimente in produktive und aussagekräftige Lernerfahrungen zu führen.
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Wheels & Axles EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Hebel Hintergrundinformation ZIELE: Ihre Schüler werden: 1. Die Eigenschaften eines Hebels beschreiben. 2. Verstehen, wie Hebel funktionieren. 3. Die Beziehung von Kraft, Weg, Richtung und Arbeit untersuchen. 4. Die Unterschiede der drei Hebelgruppen kennenlernen und erfahren, wo sie Anwendung finden. 5. Beispiele von verschiedenen Hebelarten konstruieren und ihre Funktion demonstrieren. 6. Objekte/Geräte hinsichtlich ihrer Anwendung als Hebel analysieren.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Belastung (kurz Last): Alle äußeren Kräfte (das Gewicht des zu bewegenden Körpers oder der Widerstand), die z. B. mit Hilfe des Hebels überwunden werden. Beispiel: das Gewicht eines schweren Objektes, das bewegt werden soll oder ein Blatt Papier, das Widerstand gegen das Schneiden der Scherenblätter leistet.
HEBEL� • Je länger der Kraftarm eines Hebels ist, desto stärker vervielfacht der Hebel die ausgeübte Kraft. • Beispiele: - Das Öffnen einer Flasche mit einem Flaschenöffner. - Das Ziehen eines Nagels aus einem Stück Holz mit einem Zimmermannshammer. - Das Bewegen einer Ladung Sand mit einer Schubkarre. Richtungsänderung bei der Krafteinwirkung • Wenn der Drehpunkt innerhalb der Stange liegt, (Zweiseitiger Hebel - siehe unten,) kehrt der Hebel immer zwischen Kraft- und Lastpunkt in die Richtung der Kraft.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Den Abstand (das Hebelverhältnis) erhöhen und damit die Geschwindigkeit, mit der die Arbeit getan wird. Hierfür ist ein zweiseitiger Hebel oder ein Winkelhebel mit einem langen Lastarm und einem kurzen Kraftarm erforderlich. Beispielsweise wurden im Mittelalter Vorrichtungen, bekannt als Katapulte, benutzt, um damit während einer Belagerung schwere Steine gegen eine Burgmauer zu werfen.
HEBEL� Im Fall des zweiseitigen Hebels unten (siehe Fig. 2) ist die angewandte Kraft doppelt so weit vom Drehpunkt entfernt wie die Last. Das Heben der Last erfordert einen Kraftaufwand, der halb so groß ist wie das Gewicht der Last. Wenn die angewandte Kraft im Vergleich zur Last dreimal so weit vom Drehpunkt entfernt ist, erfordert das Heben der Last nur ein Drittel des Lastgewichts. 2M 1M Last Kraft Fig. 2 Drehpunkt Es gibt 3 Hebelarten: zweiseitiger Hebel, einseitiger Hebel und Winkelhebel.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN • Je länger der Lastarm ist, desto mehr Kraft braucht man, um die Last zu bewegen, sie bewegt sich aber weiter und schneller (Das Katapult, das oben besprochen wurde, ist ein Beispiel dafür.) Kraft Last Fig. 5 Drehpunkt Beispiele für zweiseitige Hebel: Wippe, Brechstange; der Nagelheber eines Zimmermannshammers; Ruder an einem Ruderboot; Schere (zwei verbundene zweiseitige Hebel). Eine Brechstange ist ein Beispiel für einen zweiseitigen Hebel.
HEBEL� 2. Die Kraft und die Last bewegen sich in die gleiche Richtung - Beim Anheben des Hebels, bewegt sich die Last ebenfalls nach oben. (Fig. 6.) 3. Einseitige Hebel erhöhen für eine Arbeitserleichterung immer die Energie, denn die Last ist immer näher am Drehpunkt als die Kraft. Das heißt, der Kraftarm ist immer länger als der Lastarm; je länger der Kraftarm ist, desto mehr wird die Kraft erhöht und desto einfacher ist es, die Last zu bewegen.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Winkelhebel Eigenschaften: (a) Die Kraft wirkt zwischen dem Drehpunkt und dem Widerstand/Last. D K L Fig. 8 (b) Kraft und Last wirken in die gleiche Richtung. (Fig 8.) Wenn man z.B. einen Baseballschläger, einen Tennisschläger oder einen Golfschläger nach vorne schwingt, um den Ball zu treffen, dann fliegt der Ball ebenfalls nach vorne. (c) Winkelhebel erhöhen gleichzeitig Entfernung und Geschwindigkeit, dies geht zu Lasten der Kraft.
HEBEL� Beispiele für Winkelhebel: Hefter, der mit der Hand zusammengedrückt wird*; Hammer, der einen Nagel einschlägt; Angel; Tennisschläger; Baseballschläger; Golfschläger. Pinzetten und Eiszangen sind Beispiele von zwei kombinierten Winkelhebeln. (*Wenn der Hefter auf einer festen Oberfläche platziert ist und mit der Hand nach unten gedrückt wird, ist dies ein einseitiger Hebel.
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HEBEL� Die Wippe: Die Wippe Beispiel für einen zweiseitigen Hebel. ZIELE: Die Schüler werden: 1. Das physikalische Prinzip von Arbeit und die Arbeitserleichterung durch einfache Maschinen verstehen. 2. Die Eigenschaften von Hebeln untersuchen und verstehen, wie sie funktionieren. 3. Anwendungsbeispiele aus dem täglichen Leben finden. 4. Den Drehpunkt, die Last und die Kraft bei einer Wippe identifizieren. 5. Untersuchen, inwieweit eine Wippe ein zweiseitiger Hebel ist.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Erklären Sie den Schülern, dass sie ein Beispiel einer einfachen Maschine untersuchen werden – den Hebel – um zu verstehen, wie er helfen kann, die Arbeit zu erleichtern. Falls die Schüler noch nicht in das Thema eingeführt wurden, geben Sie ein Beispiel für eine einfache Maschine. (siehe Seite 2 dieses Leitfadens.
HEBEL� Die Wippe Mit Hilfe des Internets können die Schüler weitere Informationen zum Thema Hebel finden. (Empfehlen Sie die Suchworte einfache Maschine in eine Suchmaschine wie Google einzugeben oder unter www.Wikipedia.de nach Hebel zu suchen.) Die Schüler werden die WIPPE als Beispiel für einen Hebel untersuchen.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Bau-Tipps • Vergewissern Sie sich, dass die Schüler auf die Rückseite der Anleitung schauen und verstehen, wie die beiden violetten Verbinder zusammengesteckt werden. • Wenn der violetten Verbinder mit dem Weißen und dem Grünen verbunden wird (Schritt 5), empfehlen wir, zuerst die kurzen grünen Stäbe in den violetten Verbinder einzufügen. Das erleichtert die weitere Verbindung zu dem weißen und grünen Verbinder.
HEBEL� 3. Bitten Sie nun die Schüler, ihre Aufkleber an die entsprechenden Stellen ihres Modells zu heften und damit den Drehpunkt, die Last und die Kraft zu bestimmen. Zwei weitere Aufkleber mit Pfeilen zeigen die Richtung, in der die Kraft wirkt und die Richtung, in der die Last bewegt wird. Die Wippe Die Pfeile helfen den Schülern, sich ein Bild von den Vorgängen am Modell zu machen, wenn sie ihre Beobachtungen notieren und eine beschriftete Skizze anfertigen. 4.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN 7. Mit Hilfe der Anleitung bestimmen die Schüler im nächsten Schritt, um welche Art Hebel es sich bei einer Wippe handelt. 8. Wiederholen Sie die Eigenschaften eines zweiseitigen Hebels: Zweiseitiger Hebel • Wo befindet sich der Drehpunkt? Immer zwischen der Kraft und der Last. • Was tut ein zweiseitiger Hebel in Bezug auf die Richtung der angewandten Kraft? Er kehrt sie um.
HEBEL� Die Wippe HEFTEINTRÄGE: 4 4 4 4 Definition und beschriftete Skizze eines Hebels. Beispiele für Hebel. Ergebnisse zu den Experimenten. Verschiedene Wege, mit denen ein Hebel die Arbeit erleichtert.
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HEBEL� Die Balkenwaage: Die Waage Beispiel eines zweiseitigen Hebels. ZIELE: Die Schüler werden: 1. Den Drehpunkt, die Last und die Kraft bei der Waage identifizieren. 2. Bestimmen, um welche Art Hebel es sich bei einer Balkenwaage handelt. 3. Herausfinden, wie der Abstand der Last zum Drehpunkt den Kraftaufwand, der für das Halten des Gleichgewichts nötig ist, beeinflusst.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Waagen können auch helfen, eine schwere Last zu tragen. Ihre Schüler sollten sich dazu das Foto auf Seite 4 der K’NEX Bauanleitung ansehen. Fragen Sie, warum es einfacher sein kann, ein Gewicht auf diese Weise zu tragen. Helfen Sie den Schülern, zu verstehen, dass die schwere Last in zwei gleiche Teile getrennt wurde, und so das Gewicht der Last nur verteilt wurde und zwischen den Schulterblättern des Mannes ausbalanciert wurde.
HEBEL� Die Waage (c) Besprechen Sie noch einmal, dass ein Objekt solange in Ruhestellung bleibt, bis eine Kraft darauf einwirkt. 2. (a) Verändere sie die hängenden Scheiben (graue Scheiben), so dass zwei (2) Scheiben auf einer Seite und eine (1) Scheibe auf der anderen Seite ist. Schiebe beide Scheiben an das Ende des Waagebalkens. (b) Was passiert mit der Waage? 3. 4. Fragen Sie die Schüler, was sie tun müssen, um die Kräfte in ihrem Modell auszubalancieren.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN 6. (a) Verändere die Waage so, dass auf jeder Waagschale eine Scheibe aufliegt. Vergewissere dich, dass beide Schalen den gleichen Abstand zum Drehpunkt haben. Messe den Abstand und schreibe es in die Tabelle. (b) Lege einen kleinen Gegenstand auf die Scheibe. Verwende Klammern oder kleine Scheiben als Gewichte für die andere Seite. Füge so viele Scheiben oder Klammern auf die Kraftscheibe, bis die Waage ausgeglichen ist.
HEBEL� Die Waage Weiterführend 1. Nutze Grammgewichte und ein Lineal um das mathematische Verhältnis beim Ausbalancieren eines Hebels zu untersuchen. Bringe den Hebel mit Hilfe von Grammgewichten auf beiden Waagschalen ins Gleichgewicht. Messe den Abstand vom Drehpunkt für Last und Kraft mit dem Lineal wenn die Waage ausgeglichen ist. Das Hebelgesetz besagt für das Gleichgewicht: Kraft x Abstand vom Drehpunkt = Last x Abstand vom Drehpunkt.
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HEBEL� Die Schubkarre: Die Schubkarre Beispiel für einen einseitigen Hebel. ZIELE: Die Schüler werden: 1. Den Drehpunkt, die Last und die Kraft bei der Waage identifizieren. 2. Bestimmen, um welche Art Hebel es sich bei einer Schubkarre handelt. 3. Demonstrieren, inwieweit es sich bei der Schubkarre um einen einseitigen Hebel handelt. 4. Die Schubkarre verändern, damit das Heben der Ladung noch leichter wird.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Aufgabe aus dem Bau-Set Teilen Sie die Klasse in Gruppen von je 2 (maximal 3) Schülern und verteilen Sie ein K’NEX Hebel und Rollen Bau-Set an JEDE Gruppe. Bitten Sie die Schüler, das Modell der SCHUBKARRE zu bauen (Seite 6-7 der Bauanleitung.) Wir empfehlen, dass ein Schüler die Schritte 1-2 baut, der andere die Schritte 3-4. Die Teile sollten anschließend zu einer Schubkarre zusammengeführt werden.
HEBEL� 2. Die Schubkarre (a) Verteilen Sie an jede Gruppe ein Stück Alu- oder Plastikfolie. (b) Die Schüler sollen damit die Wanne der Schubkarre auslegen. Anschließend sollen die Klammern oder Münzen eingefüllt werden. Dann wird die Ladung mit Hilfe der Schubkarre angehoben, bewegt und ausgekippt. Die Ladung soll über die Vorderseite entladen werden, nicht zur Seite.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Bitten Sie Ihre Schüler in ihre Hefte Gründe einzutragen, warum die Schubkarre ein einseitiger Hebel ist und wie damit schwere Ladungen leichter angehoben werden können. Sie sollten eine Tabelle und Zeichnungen anfertigen. Bitten Sie die Schüler mit K’NEX ein weiteres Beispiel eines einseitigen Hebels aufzubauen. Sie sollen erklären, wie die Maschine wirkt und warum sie ein einseitiger Hebel ist.
HEBEL� Der Hockeyschläger: Hockeyschläger Beispiel für einen Winkelhebel. ACHTUNG: Es liegt in Ihrem Ermessen, welche Beispiele und welche Methoden Sie für die Erklärung des Winkelhebels heranziehen. Folgen Sie hierbei Ihrem Lehrplan. ZIELE: Die Schüler werden: 1. Drehpunkt, Widerstand und Kraft bei einem Hockeyschläger identifizieren. 2. Einen Hockeyschläger als Hebel untersuchen. 3. Zeigen, wie der Hockeyschläger als Winkelhebel dient. 4.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Aufgabe aus dem Bau-Set Teilen Sie die Klasse in Gruppen von je 2 Schülern (maximal 3) und verteilen Sie ein K’NEX Hebel und Rollen Bau-Set an JEDE Gruppe. Bitten Sie die Schüler, das Modell des HOCKEYSCHLÄGERS zu bauen (Seite 8 der Bauanleitung.) Aufgabe: Wie hilft ein Winkelhebel, eine Last schneller und weiter zu bewegen? Die Schüler sollten ihre Maschine erforschen und Drehpunkt, Last und Kraft identifizieren.
HEBEL� Hockeyschläger (b) Biege das Handgelenk weg vom Tisch, so dass sich auch der Hockeyschläger über den Tisch hinweg bewegt, der Arm bewegt sich dabei nicht. Achte auf den Weg, den dein Handgelenk und der Hockeyschläger dabei zurücklegen. (c) Was fällt dir auf? Die Schüler sollten bemerken, dass mit einer kleinen Bewegung des Handgelenks, der Hockeyschläger schnell über eine größere Strecke bewegt wird.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Anwendung Bitten Sie die Schüler, in ihre Hefte einzutragen, wie ein Hockeyschläger, den Spielern bei einem Hockeyspiel helfen kann. Erklären Sie, dass der Eishockeyspieler auf Seite 8 der Bauanleitung eines verbesserten Schlägers bedarf, damit er noch mehr Tore schlagen kann. Er weiß, dass er den Puck nicht schnell genug schlagen kann, aber er weiß nicht, ob er einen längeren oder kürzeren Schläger kaufen soll.
HEBEL� Die Schere: Schere Beispiel für verbundene zweiseitige Hebel. ZIELE: Die Schüler werden: 1. Erkennen, inwieweit eine Schere aus 2 verbundenen zweiseitigen Hebeln besteht. 2. Zeigen wie eine Schere funktioniert, indem sie Drehpunkt, Kraft und Widerstand/Last erkennen. 3. Andere Schneidwerkzeuge untersuchen, die ähnlich wie eine Schere arbeiten und erkennen, wie ihr jeweiliges Design zu ihrer Aufgabe passt.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Aufgabe: Wie arbeitet eine Schere mit verbundenen zweiseitigen Hebeln? Schritte 1. (a) Bitten Sie einen der Schüler, das Modell der Schere vor sich nach vorne zu halten, so dass die Scherenblätter horizontal ausgerichtet sind (parallel zum Boden.) Dann sollten Sie die Schere nur an einem Griff halten und die andere Seite frei schwingen lassen, wie bei einer Wippe. (b) Fragen Sie die Klasse nach dem naturwissenschaftlichen Prinzip nach dem die Schere arbeitet.
HEBEL��� Schere Nutzen Sie das folgende Skript, um die Abfrage der Schüler zur Wirkungsweise der Schere zu lenken. 4. (a) Lege ein Stück Knetgummi (ca. 10 x 3 cm) der Länge nach zwischen die Blätter einer Schere und drücke, als ob du schneiden würdest.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Anwendung Erklärt in euren Heften, (i) warum Scheren als verbundene Hebel betrachtet werden und (ii) wie sie arbeiten. Zeichne eine Skizze und beschrifte es. Fertige beschriftete Zeichnungen von verschiedenen Schneidewerkzeugen, und zeige dabei die Position von Drehpunkt, Kraft und Last/Widerstand. Füge kurze Erklärungen zum Einsatz des jeweiligen Schneidewerkzeugs hinzu. Verändere dein K’NEX Modell, so dass es eine viel stärke Schneidkraft erlangt.
Wheels & Axles EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Rollen Hintergrundinformation ZIELE: Ihre Schüler werden: 1. Die Eigenschaften von Rollen kennenlernen und verstehen, wie sie funktionieren. 2. Die Beziehung zwischen den einzelnen Teilen eines Rollensystems entdecken. 3. Die Beziehung von Kraft, Weg, Richtung und Arbeit untersuchen. 4. Verschiedene Rollensysteme konstruieren und sie für das Heben einer Last einsetzen. 5. Zeigen, wie verschiedene Arten von Rollen funktionieren und wo sie eingesetzt werden.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Belastung (kurz Last): Alle äußeren Kräfte (das Gewicht des zu bewegenden Körpers oder der Widerstand), die z. B. mit Hilfe der Rolle überwunden werden. Beispiel: das Gewicht eines schweren Objektes, das bewegt werden soll. Reibung: The force caused when 2 surfaces rub together as an object moves.
ROLLEN Obere Rolle: fest Beispiel für ein System aus zwei Rollen - eine lose und eine feste Rolle - man muss nur die Hälfte der Energie aufwenden, die sonst nötig wäre, ohne die Hilfe der Rollen, aber man muss die doppelte Länge an Seil ziehen. Dies ist so, weil die lose Rolle von zwei Abschnitten Seil gestützt wird und beide Seiten des Seils bewegt werden müssen, um die Last zu heben.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN FESTE ROLLEN 42 LOSE ROLLEN ROLLEN-KOMBINATION Die Last bewegt sich über die gleiche Strecke, wie das Seil mit Kraft gezogen wird. Bei einer losen Rolle bewegt sich die Last halb so weit, wie das Seil gezogen wird. Die Strecke, auf der sich die Last bewegt, hängt ab von Anzahl der Rollen. Es kann mit Hilfe der Anzahl der tragenden Seile ermittelt werden. z.B.: mit 4 Seilabschnitten kann die Last um ein Viertel des Weges bewegt werden.
ROLLEN Der Fahnenmast: Der Fahnenmast Beispiel für eine feste Rolle. ZIELE: Die Schüler werden: 1. Erfahren, dass Rollen Räder mit Rillen am äußeren Rand sind. 2. Lernen, dass Rollen für das Heben von Objekten und für die Richtungsänderung von Bewegungen genutzt werden. 3. Zeigen, wie eine feste Rolle funktioniert. 4. Messungen vornehmen, um festzustellen, ob eine feste Rolle, die angewandte Kraft erhöht. 5. Beispiele aus dem täglichen Leben finden, die feste Rollen beinhalten.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Aufgabe aus dem Bau-Set Teilen Sie die Klasse in Gruppen von je 2 Schülern und verteilen Sie ein K’NEX Hebel und Rollen Bau-Set an JEDE Gruppe. Bitten Sie die Schüler, das Modell FAHNENMAST zu bauen (Seiten 10-11 der Bauanleitung.) Wir empfehlen, dass ein Schüler die Schritte 1-3 und der andere die Schritte 4-6 baut. Die beiden Teile werden dann wie gezeigt zu einem Modell zusammengefügt. HINWEIS: die Schüler sollten die Schnur NICHT schneiden.
ROLLEN 3. Der Fahnenmast (a) Erklären Sie den Schülern, dass es zwei Arten von Rollen gibt: i. Feste Rolle: Diese Version ist an einer Wand oder einem anderen Gebilde angebracht und bewegt sich nicht, wenn an dem Seil gezogen wird, obwohl es sich am Platz drehen kann. ii Lose Rolle: Diese Art Rolle, bewegt sich zusammen mit der Last, wenn an dem Seil gezogen wird. (b) Bitten Sie die Schüler, vorherzusagen, in welche Kategorie der Fahnenmast fällt. Sie sollten ihre Gedanken in die Hefte eintragen.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN (c) Was fällt dir auf, wenn du die beiden Ergebnisse vergleichst. Die Schüler sollten erkennen, dass beide Strecken gleich lang sind. Feste Rollen ändern nur die Richtung der Bewegung. (d) Fertige eine Skizze an in deinem Heft und beschrifte die Rolle, die Last, die Kraft und die Bewegungsrichtung der Zugkraft und der Last. Notiere die Messungen. 3.
ROLLEN Der Fahnenmast HEFTEINTRÄGE: 4 4 4 4 4 Definition und Skizze zu einer Rolle. Vorhersage, welche Art der Rolle, bei einem Fahnenmast vorliegt. Beschriftete Skizze des Systems der festen Rolle bei einem Fahnenmast. Auflistung der Eigenschaften einer festen Rolle. Erklärung, wie eine feste Rolle Arbeit erleichtert.
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ROLLEN Ein Segelschiff: Ein Segelschiff Beispiel für eine Rollen-Kombination. ZIELE: Die Schüler werden: 1. Den Unterschied zwischen fester und loser Rolle erkennen. 2. Erfahren, dass feste und lose Rollen, die zusammenarbeiten, als Rollen-Kombination bekannt sind. 3. Zeigen, wie Rollen-Kombinationen funktionieren. 4. Untersuchen, wie eine Rollen-Kombination die Kraft multipliziert und das Heben einer Last erleichtert. 5.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Erklären Sie, dass Segelschiffe unabhängig von der Größe, immer mit den gleichen Problemen konfrontiert werden - wie können die Segel schnell gesetzt und wieder eingeholt werden. Erklären Sie den Schülern, dass Segelschiffe und die Windkraft genutzt wurden, bevor Dampfmaschinen erfunden wurden. Oftmals waren die Segel sehr groß und sehr schwer, besonders wenn sie nass waren. Dies war eine extrem harte und gefährliche Arbeit. (Zeigen Sie wenn möglich Bilder dazu.
ROLLEN� Ein Segelschiff Die Schüler sollten nun die lose Rolle mit einem Aufkleber kennzeichnen. Erklären Sie, dass lose Rollen normalerweise mit festen Rollen kombiniert werden und dass dies als Rollen-Kombination betrachtet wird. Wenn eine lose Rolle allein genutzt wird, muss das Seil oder die Kette nach oben gezogen werden – eine schwerere Arbeit als das Ziehen. Das Verbinden von loser und fester Rolle erlaubt es, nach unten zu ziehen, um die Last zu heben.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN (e) Warum denkst du, geschieht das? 4. (a) Wie befestigen echte Segelschiffe ihre Segel an dem Rollensystem? (b) Was fällt dir in Bezug auf die Größe der Segel auf dem Segelschiff auf? (c) Warum denkst du, nutzen Segelschiffe die Rollen-Kombination für das Setzen und Einholen der Segel? Die Schüler sollten erkennen, dass die Strecke, auf der sich die Last bewegt hat, etwa halb so lang ist, wie die Schnur, an der sie gezogen haben.
ROLLEN Ein Segelschiff Weiterführend 1. 2. Erforsche mit Hilfe des Internets oder der Bibliothek verschiedene Arten von Seefahrzeugen, wie Katamaran und das America’s Cup Segelschiff. Untersuche, wie viele Segel benutzt werden und warum, wie die Segel angebracht sind und wie sie helfen, die Aufgabe des Schiffes zu bewältigen. Baue mit Hilfe von K’NEX ein weiteres Seefahrzeug. Zeige die Segelanordnung mit mehreren Sets von Rollen-Kombinationen.
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ROLLEN Der Flaschenzug: Der Flaschenzug Beispiel für eine Rollen-Kombination. ZIELE: Die Schüler werden: 1. Die Rollenarten bei einem Flaschenzug erkennen. 2. Zeigen, wie feste und lose Rollen in einem Flaschenzug arbeiten. 3. Unterscheiden zwischen einem Flaschenzug und anderen Rollensystemen. 4. Das Verhältnis zwischen der Anzahl an tragenden Seilen und der für das Heben einer Last aufzubringenden Kraft finden.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Bitten Sie die Schüler, das Rollensystem, das bei Kränen eingesetzt wird, zu beschreiben und zu erklären, welche Aufgabe sie verrichten. Welche Art von Last heben sie? Bitten Sie sie, daraus abzuleiten, warum Rollensysteme das Heben von schweren Lasten erleichtert. Erklären Sie, dass ein Kran einen Flaschenzug einsetzt, um die Aufgabe zu bewältigen. Geben Sie eine Definition für einen Flaschenzug. Eine spezielle Rollen-Kombination für das Anheben von sehr schweren Objekten.
ROLLEN� Der Flaschenzug Schritte 1. (a) Geben Sie jeder Gruppe ein Stück Alufolie gefüllt mit Münzen und bitten Sie jeden Schüler abwechselnd, es auf die Handfläche zu legen und es zu heben und zu senken und einen Eindruck für die Last zu bekommen, die mit ihrem Modell gehoben werden soll und welche Kräfte aufgebracht werden müssen. 2. Als nächstes versuchst du, die Last mit deinem K’NEX Flaschenzug zu heben.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN DATENTABELLE 1 Anzahl Münzen im Korb (LAST) Anzahl Münzen im Becher (KRAFT) Strecke Korb (LAST) Strecke Becher (KRAFT) 0 Die Schüler finden heraus, dass ca. 20 Münzen in den Becher legen müssen. Sie sollten ihnen helfen, zu verstehen, dass beim Anheben mit einer festen Rolle die Kräfte auf beiden Seiten im Gleichgewicht sind. Das Gewicht des Korbes ist daher in etwa gleich mit dem Gewicht der Münzen im Becher.
ROLLEN 5. (a) Mit dem Flaschenzug hebt sich der Korb um 7,6 cm (b) Wie weit musste die Schnur gezogen werden, um diese Höhe zu erreichen? 6. Der Flaschenzug Um den Korb mit einem Flaschenzug mit zwei losen Rollen um 7,6 cm anzuheben, müssen die Schüler ca. 30,5 cm ziehen. HINWEIS: Wegen der Reibung können exakte Werte nur schwer erzielt werden. (a) Zähle die Anzahl der tragenden Seile der losen Rollen. (b) Erinnere dich, was du in der letzten Stunde erfahren hast.
EINFÜHRUNG EINFACHE MASCHINEN Fragen Sie die Schüler nach Situationen, wo der Einsatz eines Flaschenzugs sinnvoll ist. Warum ist das so? Flaschenzüge werden für das Heben von sehr schweren Objekten eingesetzt, z.B. ein Auto oder ein Klavier. Schlagen Sie vor, dass sie ein K’NEX Modell einer Maschine bauen, die einen Flaschenzug beinhaltet. Bitten Sie sie, zu erklären, wie ihre Maschine ihre Maschine das gesamte Seil bereithält. Beispiel für einen Flaschenzug: Kran Weiterführend 1.
