Experimente zu Kreisbewegungen
Acht Themen für Präsentation und Experiment — mit Aufgabenstellung, Hinweisen und weiterführenden Seiten.
Aufgabenstellung
Ihr plant in der Gruppe eine Präsentation mit einem eigenen Experiment zum Thema Kreisbewegungen.
Bewertet wird nicht der Aufwand, sondern ob Aufbau, Beobachtung und physikalische Erklärung zusammenpassen.
Hinweise zur Präsentation
- Demonstration:Führt das Experiment vor der Klasse vor, wenn es möglich ist.
- Material:Nennt vollständig, was ihr für das Experiment braucht.
- Aufbau:Beschreibt den Aufbau — am besten mit eigener Skizze oder Foto.
- Durchführung:Erklärt Schritt für Schritt, wie ihr vorgeht und was dabei zu beobachten ist.
- Erklärung:Deutet das Beobachtete mit den Größen und Kräften aus diesem Kapitel.
Die Themen
Acht Themen stehen zur Auswahl. Zu jedem gibt es einen kurzen Hinweis und weiterführende Seiten, mit denen du in die Vorbereitung starten kannst.
01Betrag der Zentripetalbeschleunigung
Mit der App „phyphox“ misst du \(a_Z\) direkt am Handy — auf einem Drehstuhl, Karussell oder an einer Schnur. Untersuche, wie \(a_Z\) von Geschwindigkeit und Radius abhängt.
02Die Abflachung der Erde
Die Erdrotation verformt die Kugel zu einem Rotationsellipsoid. Finde heraus, was das bedeutet und wie stark die Abflachung wirklich ausfällt.
03Kreisbahn einer rotierenden Masse
Zwei unterschiedlich schwere Massen hängen an einem Seil. Was passiert, wenn die obere Masse auf eine Kreisbahn gebracht wird?
04Rotierende Kerze
Im Kreisverkehr wirst du nach außen gedrückt. Gilt das auch für eine Kerzenflamme, die sich im Kreis bewegt — oder passiert genau das Gegenteil?
05Drehimpuls mit einer Masse
Eine Eiskunstläuferin dreht sich mehrmals pro Sekunde, sobald sie die Arme anlegt. Erkläre diese Pirouette über die Drehimpulserhaltung.
06Drehimpuls mit Fahrradreifen
Du sitzt auf einem Drehstuhl und kippst einen rotierenden Fahrradreifen. Das Ergebnis ist überraschend — zeige und erkläre es.
07Der Sturz einer Kaffeetasse
Eine Kaffeetasse fällt zu Boden und bleibt heil. Möglich macht das eine geschickt genutzte Drehbewegung.
08Kettenkarussell im Freizeitpark
Beim Kettenkarussell stellt sich ein fester Seilwinkel ein. Erkläre ihn aus dem Zusammenspiel von Gewichtskraft und Zentripetalkraft.
Zu den Themen 01 und 08 passt ein Klassiker aus der Physiksammlung: das Zentralkraftgerät. Ein Wagen der Masse m rollt im Abstand r auf einer Schiene, die sich mit der Umlaufdauer T dreht. Eine Schnur hält ihn auf der Kreisbahn und führt zu einem Kraftsensor in der Drehachse. Nimm Messreihen auf, in denen sich jeweils nur eine Größe ändert — die Messpunkte streuen wie im echten Labor, eine Ausgleichsgerade durch den Ursprung zeigt den Zusammenhang.
| Nr. | m | r | T | ω | ω² | F gemessen | m · ω² · r |
|---|
Halte fest: Der Kraftsensor bestätigt F = m · ω² · r. Hält man zwei Größen fest, liegen die Messpunkte trotz Streuung auf einer Ursprungsgeraden: F ist proportional zu m, zu r und zu ω² — nicht zu ω und nicht zu T. Die Steigung der Ausgleichsgeraden ist das Produkt der festgehaltenen Größen.
Vor der Präsentation prüfen
Kurz vor dem Vortrag lohnt ein letzter Durchgang durch alle Punkte der Aufgabenstellung.
Geh die Punkte der Aufgabenstellung noch einmal durch und öffne jeden Abschnitt, wenn ihr ihn in der Gruppe geklärt habt.
1 · Demonstration des Experiments vor der Klasse
2a · Welche Materialien brauchen wir für das Experiment?
2b · Wie ist das Experiment aufgebaut?
2c · Wie wird das Experiment durchgeführt?
2d · Was können wir beim Experiment beobachten?
3 · Physikalische Erklärung
Hinweise
Drei Stellen, an denen es hier oft klemmt:
Beobachtung vor Deutung
Sagt erst, was wirklich zu sehen ist, und danach warum. Wer beides vermischt, verliert die Klasse.
Zentrifugal ist Ansichtssache
Von außen betrachtet wirkt nur die Zentripetalkraft nach innen. Die Zentrifugalkraft gibt es nur im mitrotierenden Bezugssystem.
Einmal vorher aufbauen
Probt Aufbau und Ablauf komplett durch und plant einen Ersatz ein. Ein Video vom eigenen Versuch rettet jeden Fehlversuch.