MINT lernen

Textaufgaben:
Nord- und Südpol

Zwei Sachaufgaben zu Nord- und Südpol — von der schwebenden Ringmagnet-Säule bis zum Stabmagneten, dessen Farbe abgeblättert ist.

1

Der schwebende Ringmagnet

AFB I–II

Auf einem senkrechten Holzstab stecken vier Ringmagnete übereinander (Material M1). Ring 1 liegt unten auf. Ring 2 schwebt deutlich sichtbar darüber — er berührt Ring 1 nicht. Ring 3 liegt direkt auf Ring 2 auf, und Ring 4 schwebt wieder.

Jeder Ringmagnet hat seinen Nordpol auf der einen und seinen Südpol auf der anderen Flachseite.

M1Die Säule aus vier Ringmagneten
Ring 1 — liegt auf Ring 2 — schwebt Ring 3 — liegt auf Ring 2 Ring 4 — schwebt Spalt Spalt Nordpol Südpol

Rot steht für den Nordpol, blau für den Südpol einer Ringseite.

  1. Gib für jeden der drei Zwischenräume an, welche beiden Pole sich dort gegenüberstehen.
  2. Erkläre, warum Ring 2 schwebt, Ring 3 dagegen auf Ring 2 aufliegt.
  3. Jemand dreht Ring 3 um. Entscheide begründet, wie viele Ringe danach schweben.
Tipp zu Aufgabe a)
Schau dir in M1 nur die Farben an, die sich jeweils gegenüberliegen: die obere Fläche des unteren Rings und die untere Fläche des oberen Rings.
Tipp zu Aufgabe b)
Ein Ring schwebt nur, solange ihn eine Kraft nach oben drückt. Welche der beiden Pol-Kombinationen erzeugt eine solche abstoßende Kraft?
Tipp zu Aufgabe c)
Zeichne die Säule neu und drehe dabei nur die Farben von Ring 3 um. Prüfe dann jeden Zwischenraum von unten nach oben neu.„Entscheiden“ heißt: dich festlegen und die Wahl begründen.
Lösung zu Aufgabe a)

Zwischen Ring 1 und Ring 2: oben Südpol, darunter ebenfalls Südpol — also S und S.

Zwischen Ring 2 und Ring 3: Nordpol und Südpol — also N und S.

Zwischen Ring 3 und Ring 4: Nordpol und Nordpol — also N und N.

Lösung zu Aufgabe b)

Bei Ring 2 stehen sich zwei gleiche Pole gegenüber (S und S). Gleiche Pole stoßen sich ab. Diese abstoßende Kraft drückt Ring 2 nach oben und hält ihn genau so hoch, dass sie das Gewicht des Rings ausgleicht — der Ring schwebt.

Bei Ring 3 stehen sich verschiedene Pole gegenüber (N und S). Verschiedene Pole ziehen sich an. Ring 3 wird also nach unten gezogen und liegt fest auf Ring 2 auf.

Der Holzstab spielt dabei keine Rolle: Er hält die Ringe nur in der Spur, Holz ist nicht magnetisch.

Lösung zu Aufgabe c)

Dreht man Ring 3 um, zeigt seine Unterseite nun einen Nordpol und seine Oberseite einen Südpol.

Damit ändern sich zwei Zwischenräume: Zwischen Ring 2 und Ring 3 stehen sich jetzt N und N gegenüber — Ring 3 schwebt. Zwischen Ring 3 und Ring 4 stehen sich S und N gegenüber — Ring 4 wird angezogen und liegt auf.

Ring 2 schwebt weiterhin, weil sich unten nichts geändert hat. Es schweben also nach wie vor zwei Ringe, aber es sind andere: Ring 2 und Ring 3.

2

Welches Ende ist der Nordpol?

AFB II–III

In der Sammlung liegt ein alter Stabmagnet, dessen rote und blaue Lackierung fast vollständig abgeblättert ist. Man sieht nur noch blankes Metall — beide Enden sehen gleich aus.

Zur Verfügung stehen: ein Kompass, eine Handvoll Eisennägel und ein zweiter, sauber beschrifteter Stabmagnet. Material M2 hält fest, was ein Schüler beim Anhängen der Nägel beobachtet.

M2Wie viele Nägel hängen bleiben
Stelle am MagnetenAnzahl haftender Nägel
linkes Ende9
ein Stück links von der Mitte4
genau in der Mitte0
ein Stück rechts von der Mitte4
rechtes Ende9

Derselbe Magnet, dieselben Nägel — nur die Stelle wurde verändert.

  1. Beschreibe ein Vorgehen, mit dem du mithilfe des Kompasses herausfindest, welches Ende der Nordpol ist.
  2. Deute die Zahlen aus M2.
  3. Ein Mitschüler meint: „Man braucht keinen Kompass. Wenn ein Nagel hängen bleibt, ist das der Nordpol.“ Widerlege seine Aussage und nenne eine zweite Möglichkeit, den Nordpol zu bestimmen.
Tipp zu Aufgabe a)
Die rote Spitze der Kompassnadel ist selbst ein Nordpol. Überlege, wie sie sich verhält, wenn du ihr den Nordpol des Stabmagneten näherst — und wie beim Südpol.
Tipp zu Aufgabe b)
Achte darauf, wo besonders viele und wo überhaupt keine Nägel haften. Was sagt das darüber aus, wo die magnetische Wirkung sitzt?
Tipp zu Aufgabe c)
Prüfe die Aussage an M2: An beiden Enden haften gleich viele Nägel. Ein Magnet hat aber nur einen Nordpol. Für die zweite Möglichkeit denk an den beschrifteten Magneten.„Widerlegen“ heißt: zeigen, dass die Aussage falsch ist.
Lösung zu Aufgabe a)

Den Kompass flach auf den Tisch legen und warten, bis die Nadel ruhig steht und mit ihrer roten Spitze nach Norden zeigt.

Dann ein Ende des unbeschrifteten Stabmagneten langsam von der Seite an die rote Spitze heranführen.

Wird die rote Spitze abgestoßen, ist dieses Ende der Nordpol — gleiche Pole stoßen sich ab. Wird sie angezogen, ist es der Südpol. Zur Kontrolle wiederholt man den Versuch mit dem anderen Ende; das Ergebnis muss genau umgekehrt ausfallen.

Lösung zu Aufgabe b)

An den beiden Enden haften mit je 9 Nägeln die meisten, in der Mitte gar keiner. Nach außen hin nimmt die Zahl gleichmäßig zu.

Die magnetische Wirkung sitzt also fast vollständig an den Enden — das sind die Pole. In der Mitte ist sie so schwach, dass nicht einmal ein einzelner Nagel hängen bleibt.

Beide Enden wirken dabei gleich stark. Die Tabelle verrät deshalb, wo die Pole sitzen, aber nicht, welcher davon der Nordpol ist.

Lösung zu Aufgabe c)

Die Aussage ist falsch. Nach M2 bleiben an beiden Enden gleich viele Nägel hängen — nach dieser Regel hätte der Magnet also zwei Nordpole, was nicht sein kann.

Der Grund: Ein unmagnetischer Eisennagel wird von jedem Pol angezogen, egal ob Nord oder Süd. Nägel eignen sich deshalb nur zum Finden der Pole, nicht zu ihrer Unterscheidung. Abstoßung tritt nur zwischen zwei Magneten auf.

Zweite Möglichkeit: den beschrifteten Stabmagneten benutzen. Führt man dessen Nordpol an ein Ende und wird es abgestoßen, ist auch dieses Ende ein Nordpol.