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Definition der Kraft

Zwei Sachaufgaben zu der Frage, woran man erkennt, dass eine Kraft wirkt — und wer dabei auf wen einwirkt.

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Aufschlag im Tennistraining

AFB I–II

Im Tennistraining filmt Frau Berger einen Aufschlag mit einer Zeitlupenkamera. Auf den Bildern liegt der Ball zuerst ruhig in der Hand. Nach dem Hochwerfen trifft ihn der Schläger: Für etwa 4 ms ist der Ball an der Schlagfläche deutlich abgeplattet. Danach fliegt er in eine andere Richtung als beim Hochwerfen und deutlich schneller als zuvor über das Netz.

  1. Nennen Sie die beiden Wirkungen, an denen man das Wirken einer Kraft erkennen kann.
  2. Ordnen Sie den drei Beobachtungen — Abplattung an der Schlagfläche, Richtungswechsel und Tempozunahme — jeweils eine dieser Wirkungen zu und benennen Sie dabei die beiden Partner der Kraft.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Überlegen Sie, was sich an einem Körper überhaupt ändern kann, wenn eine Kraft wirkt — mehr als zwei Möglichkeiten gibt es nicht.Nennen verlangt nur die Aufzählung — eine Erklärung wird hier nicht erwartet.
Hinweis zu Aufgabe b)
Prüfen Sie für jede Beobachtung zuerst, ob sich die Gestalt oder die Bewegung des Balls ändert. Für die Partner hilft das Muster „von … auf …“.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Ansatz: Eine Kraft ist unsichtbar, erkennbar sind nur ihre Wirkungen. Erste Wirkung: die Bewegungsänderung — der Körper wird schneller, langsamer oder läuft in eine andere Richtung. Zweite Wirkung: die Verformung — der Körper ändert seine Gestalt. Antwortsatz: Eine Kraft erkennt man an einer Bewegungsänderung und an einer Verformung.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Ansatz: Für jede Beobachtung prüfen, ob sich Gestalt oder Bewegung ändert. Abplattung an der Schlagfläche: Die Gestalt ändert sich, also eine Verformung. Richtungswechsel: Die Bewegungsrichtung ändert sich, also eine Bewegungsänderung. Tempozunahme: Der Ball wird schneller, also ebenfalls eine Bewegungsänderung. Partner in allen drei Fällen: Die Kraft geht vom Schläger aus und wirkt auf den Ball. Antwortsatz: Die Kraft des Schlägers auf den Ball zeigt beim Aufschlag beide Wirkungen zugleich — eine Verformung und eine Bewegungsänderung, die sich in Richtung und Tempo bemerkbar macht.

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Notbremsung auf dem Schulhof

AFB II–III

Die Klasse 8b prüft auf dem Schulhof ihre Fahrräder. Mira bringt zusammen mit ihrem Rad 62 kg auf die Waage; das Rad allein hat eine Masse von 14 kg. Sie rollt mit gleichbleibendem Tempo auf den Hof, zieht dann beide Bremsen und steht nach 6,0 m still. Beim Bremsen drückt sie so kräftig auf die Bremshebel, dass sich die weichen Griffe unter ihren Fingern sichtbar eindellen; gleichzeitig pressen sich die Bremsgummis flach an die Felge. Kurz danach fährt Tom mit unverändertem Tempo in weitem Bogen um eine Pfütze herum. Der Schulhof ist 38 m lang, und in Miras Reifen herrscht ein Druck von 3,5 bar.

  1. Erklären Sie, woran man bei Miras Bremsung erkennt, dass Kräfte wirken, und geben Sie zu jeder Wirkung die beiden Partner an.
  2. Weisen Sie nach, dass auch bei Tom eine Kraft wirkt, obwohl sein Tempo unverändert bleibt.
  3. Beurteilen Sie die Aussage eines Mitschülers: „In Miras Rad steckt eine Kraft, und beim Bremsen wird sie verbraucht.“

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Gehen Sie den Text Satz für Satz durch und fragen Sie bei jeder Beobachtung: Ändert sich hier eine Bewegung oder eine Gestalt? Nicht jede Zahl im Text wird für diese Aufgabe gebraucht.
Hinweis zu Aufgabe b)
Eine Bewegungsänderung umfasst mehr als schneller und langsamer. Beschreiben Sie zuerst, was sich an Toms Fahrt von Meter zu Meter verändert.
Hinweis zu Aufgabe c)
Prüfen Sie die Aussage an zwei Kriterien: Kann eine Kraft überhaupt in einem Körper stecken wie ein Vorrat? Und wie viele Partner gehören zu jeder Kraft? Das Urteil müssen Sie selbst formulieren und begründen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Ansatz: Jede Beobachtung darauf prüfen, ob sich Bewegung oder Gestalt ändert. Bewegungsänderung: Mira rollt zunächst mit gleichbleibendem Tempo und steht nach 6,0 m still, wird also langsamer; diese Kraft geht von den Bremsgummis auf die Felge und vom Untergrund auf die Reifen aus und wirkt auf das fahrende Rad. Verformungen: Die Griffe dellen sich ein — die Kraft geht von Miras Fingern aus und wirkt auf die Griffe; die Bremsgummis werden flach gepresst — hier geht die Kraft von den Bremsbacken aus und wirkt auf die Gummis. Die Angaben 62 kg, 14 kg, 38 m und 3,5 bar werden nicht gebraucht. Antwortsatz: An Miras Bremsung erkennt man beide Kraftwirkungen — eine Bewegungsänderung bis zum Stillstand und mehrere Verformungen — und zu jeder lassen sich zwei Partner angeben.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Ansatz: Eine Bewegungsänderung liegt auch dann vor, wenn sich nur die Richtung ändert. Tom fährt in einem Bogen; seine Bewegungsrichtung ändert sich fortlaufend, obwohl das Tempo gleich bleibt. Da eine Richtungsänderung eine Bewegungsänderung ist, muss nach dem Merksatz eine Kraft wirken. Sie geht vom Untergrund aus und wirkt über die Reifen auf Tom und sein Rad. Antwortsatz: Weil sich Toms Bewegungsrichtung ändert, wirkt auf ihn eine Kraft — unverändertes Tempo bedeutet also nicht, dass keine Kraft wirkt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Kriterien: (1) Ist eine Kraft ein Stoff oder ein Vorrat, der in einem Körper stecken kann? (2) Gehören zu jeder Kraft zwei Partner? Urteil: Die Aussage ist zurückzuweisen. Eine Kraft steckt in keinem Körper; sie beschreibt stets die Einwirkung eines Körpers auf einen anderen und braucht deshalb zwei Partner. Beim Bremsen wirken die Bremsgummis auf die Felge und der Untergrund auf die Reifen; dem Rad wird dabei nichts entnommen. Zu sehen ist ohnehin nur die Wirkung, hier die Bewegungsänderung bis zum Stillstand und die Verformung der Griffe. Als vollständig gilt eine Antwort, die beide Kriterien nennt, die Aussage klar zurückweist und mindestens ein Partnerpaar aus dem Text angibt. Der Hinweis, dass die Alltagssprache („Kraft haben“) hier in die Irre führt, ist ein zusätzlicher Pluspunkt.