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3. Kräfte und ihre Wirkungen 3.1 Bewegungsarten AktionBeschreibungBewegungsart Vor dem Start Ruhe AnfahrenSchülerIn tritt in die Pedale und wird immer.

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2 3. Kräfte und ihre Wirkungen 3.1 Bewegungsarten AktionBeschreibungBewegungsart Vor dem Start Ruhe AnfahrenSchülerIn tritt in die Pedale und wird immer schneller. Beschleunigte Bewegung WeiterfahrenSchülerIn fährt etwa gleich schnell dahin. Gleichförmige Bewegung AbbremsenSchülerin wird langsamer Verzögerte Bewegung Beschreiben einer Fahrt mit dem Fahrrad. (B. S. 32)

3 Messung der Gehgeschwindigkeit

4 Vorgangsweise Abstecken einer Strecke von 15 m Einteilen von 1 Geher/in Einteilen von 10 Zeitnehmern Einteilen von 10 Protokollanten

5 Durchführung Messstrecke 0m 3m 6m 9m 12m 15m Messpunkte

6 Messtabelle

7 Zeichne ein Diagramm t [s] s [m] s Excel-Aufruf 3

8 3. Kräfte und ihre Wirkungen Gleichförmige Bewegung Zeit Geher(in) Weg in [m] Gleichförmige Bewegung v

9 3. Kräfte und ihre Wirkungen Ermittle, welchen Weg hat er in 3,5 s zurückgelegt? Ermittle zeichnerisch: Wie viel Zeit benötigt er für 8 m? 2,7 s 10,5m Eine Bewegung heißt gleichförmig, wenn sie geradlinig ist und, wenn in gleichen Zeitabschnitten gleiche Wege zurückgelegt werden. Die Geschwindigkeit ist dabei konstant. Im Zeit-Weg-Diagramm erhalten wir eine Gerade.

10 3. Kräfte und ihre Wirkungen 3.2 Die Geschwindigkeit Wir führen einen Wettlauf durch. 1.Gleichzeitiger Start: Ergebnis: Wer früher im Ziel ist hat gewonnen 2.Nicht gleichzeitiger Start: Zum Vergleich benötigen wir eine Uhr. Ergebnis: Der mit der kürzeren Zeit hat gewonnen.

11 3. Kräfte und ihre Wirkungen Wenn die Wege sind ungleich lang sind: Beispiel: SchülerIn A benötigt für 60 m 10 s SchülerIn B benötigt für 100 m 16 s. Welche SchülerIn ist schneller? A: 60 : 10 = B: 100 : 16 = A: 60 : 10 = 6B: 100 : 16 = 6,25 A legt 6 m/s zurück. B 6,25 m/s zurück. (ist also schneller).

12 3. Kräfte und ihre Wirkungen Als Einheit verwenden wir 1 m/s oder 1 km/h Umrechnung: 1 m/s = 3,6 km/h

13 3. Kräfte und ihre Wirkungen ►

14 3.3 Die beschleunigte Bewegung Versuch: Wir lassen einen Ball eine schiefe Ebene hinunterrollen. Ergebnis: Er wird immer schneller.

15 3. Kräfte und ihre Wirkungen Wir zeichnen die Bewegung mit einem Bewegungssensor auf.

16 3. Kräfte und ihre Wirkungen Waagrecht:Zeit: 1 Kästchen=0,1s Zeichne ein Diagramm! Senkrecht: Weg: 1 Kästchen=0,1m 9 cm 13 cm Zeit [s] Weg [m] 00 0,20,05 0,40,16 0,60,33 0,80,57 10,87 1,21,23 1,41,66 1,62,15 Messwerte

17 3. Kräfte und ihre Wirkungen Ermittle den Weg nach 0,5 s! Wie viel Zeit benötigt der Ball für 0,5m, für 1 m, für 2 m? 0,24 m 0,75 s; 1,1 s; 1,55 s Das Zeit-Weg-Diagramm für eine beschleunigte Bewegung ist eine Kurve

18 3. Kräfte und ihre Wirkungen Die graphische Darstellung von Bewegungen wird auch in der Praxis verwendet. Z.B. beim Fahrtenschreiber (in LKWs und Omnibussen). Vgl. Abb. 21.4

19 3. Kräfte und ihre Wirkungen Arbeite die Aufgaben auf Seite 35 durch! 21.1: : 8100 = 420 : 81 = 5,185 m/s 5,185 · 3,6 = 18,7 km/h oder 42 : 2,25 = … 21.2: 21.2: 5.30 Uhr – 5.55 Uhr Fahrt mit verschiedenen Geschwindigkeiten < 70 km/h 5.55 Uhr – 6.15 Uhr Pause 6.15 Uhr – 9.00 Uhr Fahrt mit verschiedenen Geschwindigkeiten bis 100 km/h 21.3: (Tabelle S. 33 nachschauen)Tabellet = 1,50 m : 100 m/s = 0,015 s 21.4: 40000km : 24 h = 1666,7 km/h = 463 m/s

20 3. Kräfte und ihre Wirkungen 21.5: 0 s – 2 s: Gleichförmige Bewegung. v = ? v = 15 m/s 2 s – 5 s: Ruhe 5 s – 8 s: Gleichförmige Bewegung. v = ? v = 10 m/s

21 3. Kräfte und ihre Wirkungen 3.4 Die Masse Versuch: Ergebnis: Die Boccia-Kugel wird von der Erde stärker angezogen. Körper werden von der Erde verschieden stark angezogen.

22 3. Kräfte und ihre Wirkungen Versuch: Eine Plastikhohlkugel eine Boccia-Kugel und ein Tennisball werden von einem Fön angeblasen. Ergebnis: Die Boccia-Kugel bewegt sich am wenigsten.

23 3. Kräfte und ihre Wirkungen Versuch 1: Bewegen Gefäß in Bewegung Versuch 2: Wird abgebremst 1) Körper setzen dem Versuch, in Bewegung gesetzt zu werden, einen Widerstand entgegen. 2) Bewegte Körper setzen dem Versuch, abgebremst zu werden, einen Widerstand entgegen. Ergebnis:

24 3. Kräfte und ihre Wirkungen Man nennt diesen Widerstand Beharrungsvermögen oder Trägheit. Zusammenfassung: 1)Alle Körper werden von der Erde angezogen. 2)Alle Körper besitzen eine Trägheit. Die Eigenschaft, die bewirkt, dass Körper von der Erde angezogen werden und dass Körper träge sind, nennt man die Masse des Körpers. Zeichen: m … Masse Die Masse eines Körpers ist an jedem Ort gleich.

25 3. Kräfte und ihre Wirkungen Die Einheit der Masse (m) ist das Kilogramm (1 kg). 1 Kilogramm ist gleich der Masse des Urkilogramms, das in Sevres bei Paris aufbewahrt wird. 1 kg sollte gleich der Masse von 1 dm 3 bei 4°C sein. (Dieser Wasserwürfel ist tatsächlich 0, kg) Weitere Einheiten: 1 kg = 100 dag = 1000 g 1 g = 10 dg = 100 cg = 1000 mg 1 t = 1000 kg Die Größe der Masse wird mit einer Waage bestimmt.

26 3. Kräfte und ihre Wirkungen Balkenwaage Sie vergleicht die Masse des Körpers mit Massestücken von einem Massensatz. Massensatz Miss die Masse von drei verschiedenen Körpern! Versuch: Fe: m Fe = Al: m Al = Holz: m H =

27 3. Kräfte und ihre Wirkungen 3.5 Die Dichte Die vorher gewogenen Körper gleicher Größe haben verschiedene Massen. Haben die Körper verschiedene Volumina, so ist aus der Größe der Masse nicht zu erkennen, um welchen Stoff es sich handelt. Wir beziehen daher die Masse auf ein bestimmtes Volumen. Einheit: oder

28 3. Kräfte und ihre Wirkungen Umrechnung: Die Dichte ist ein für jeden Stoff charakteristisches Merkmal. Führe die Aufgaben 29.1 und 29.2 auf Seite 47 aus! Bestimme die Dichte der 3 vorher gewogenen Quader und vergleiche mit der Tabelle auf Seite 47!

29 3. Kräfte und ihre Wirkungen

30 3.6 Kräfte und Wirkungen

31 3. Kräfte und ihre Wirkungen Eine Kraft kann einen Körper verformen oder eine Geschwindigkeitsänderung hervorrufen. Versuch: Kräfte verändern die Geschwindigkeit. Die Gewichtskraft bewirkt die Bewegung. Die Magnetkraft ändert die Geschwindigkeit.

32 3. Kräfte und ihre Wirkungen Versuch: Kräfte verformen Körper. Hänge an eine Schraubenfeder der Reihe nach 10 g, 20 g, 30 g,… Miss die Auslenkung der Feder (Wäscheklammern) und trage die Ergebnisse in eine Tabelle ein!

33 3. Kräfte und ihre Wirkungen Masse [g]F [N]Auslenkung der Feder , Stelle diese Werte in einem F-x -Diagramm dar! Messung von Kräften

34 3. Kräfte und ihre Wirkungen

35 Je größer die Kraft, desto stärker ist die Dehnung der Feder. Die Dehnung der Feder ist ein Maß für die angreifende Kraft. Die Federwaage dient daher als Kraftmesser. Die Einheit der Kraft ist das Newton (N). Zur Vorstellung: Ein Körper mit der Masse 100 g wird von der Erde mit der Kraft von etwa 1 N angezogen. Ein Newton ist jene Kraft, die notwendig ist, um eine Masse von 1 kg vom Ruhezustand aus innerhalb einer Sekunde auf die Geschwindigkeit von 1 m/s zu bringen.

36 3. Kräfte und ihre Wirkungen Kraft als gerichtete Größe Die Wirkung einer Kraft hängt nicht allein von ihrer Größe ab. Beispiel: Ein Fußballspieler kickt mit seinem Fuß in den Boden statt in den Ball. Die Wirkung einer Kraft hängt außer von der Größe auch von ihrer Richtung ab.

37 3. Kräfte und ihre Wirkungen Versuch: Wir befestigen eine Schur an der Lehne eines Stuhls und ziehen in verschiedene Richtungen.

38 3. Kräfte und ihre Wirkungen Wir wollen den Stuhl kippen. Wird die Schur etwas tiefer befestigt, ist eine größere Kraft zum Kippen nötig. Die Wirkung einer Kraft hängt von ihrer Größe, ihrer Richtung und von ihrem Angriffspunkt ab.

39 3. Kräfte und ihre Wirkungen Darstellung von Kräften Kräfte werden durch Pfeile dargestellt. Der Pfeil beginnt im Angriffspunkt A, seine Spitze zeigt in die Richtung der Kraft. Die Länge entspricht der Größe. Die Gerade, auf der der Kraftpfeil liegt, nennt man Wirkungslinie der Kraft. F A Wirkungslinie Führe die Aufgaben im Buch Seite 40 aus!

40 3. Kräfte und ihre Wirkungen 3.7 Kraft und Gegenkraft Versuch: 2 Schüler geben sich die Hand und ziehen in entgegengesetzte Richtungen. Wenn beide mit gleicher Kraft ziehen bleiben sie am selben Ort.

41 3. Kräfte und ihre Wirkungen Versuch: Zwei Schüler ziehen mit einer Federwaage in die entgegengesetzte Richtung. Achtung !! Nicht zu stark ziehen!!!!!!!!!!!! Wert ablesen. Zwei Kräfte halten sich das Gleichgewicht, wenn sie auf einer Wirkungslinie liegen, entgegengesetzt gerichtet und gleich groß sind. Sie heben einander in ihrer Wirkung auf.

42 3. Kräfte und ihre Wirkungen Resultierende Kraft Komponenten der resultierenden Kraft 3 Kräfte Die drei Kräfte befinden sich im Gleichgewicht

43 3. Kräfte und ihre Wirkungen 3.8 Die Gewichtskraft Versuch: Nimm einen Radiergummi in die Hand und lasse ihn los. Ergebnis: Er fällt zu Boden. Die Körper werden von der Erde angezogen. Das Gewicht G eines Körpers ist jene Kraft, mit der er von der Erde angezogen wird. Das Gewicht wird wie die Kraft in Newton gemessen.

44 3. Kräfte und ihre Wirkungen Du erinnerst dich an den Versuch mit den verschiedenen Kugeln, die wir an eine Schraubenfeder hängten. Die Eisenkugel dehnt die Feder viel stärker, weil sie eine größere Masse hat. Genaue Messungen haben ergeben, dass das Gewicht eines Körpers auch vom Ort abhängt.

45 3. Kräfte und ihre Wirkungen Das Gewicht eines Körpers hängt von seiner Masse und vom Ort ab. In Österreich gilt: Das Gewicht eines Körpers mit 1 kg Masse hat ein Gewicht von 9,81 N.

46 3. Kräfte und ihre Wirkungen G = m·g g = 9,81 N/kg Formel zur Berechnung des Gewichts Berechne dein Gewicht! Beachte: Die Einheit des Gewichts ist 1 Newton (1N) !!!!! Beispiel: m = 50 kg G = 50·9,81 = 490,5 N

47 3. Kräfte und ihre Wirkungen Auf dem Mond ist die Gewichtskraft nur 1/6 der Gewichtskraft auf der Erde.

48 3. Kräfte und ihre Wirkungen Fülle aus!

49 3. Kräfte und ihre Wirkungen

50 3.9 Die Reibungskraft Ausrutschen auf einer Bananenschale. Warum??? Reibung zwischen den Schuhen und dem Boden war zu gering. Reibung ist eine Kraft, die zwischen zwei Körpern entsteht, wenn sie sich aneinander reiben.

51 3. Kräfte und ihre Wirkungen Reibung ist nötig beim Gehen, Bremsen, Beschleunigen Kurvenfahren, … Reibung kann auch sehr unangenehm sein. Z. B., wenn dein Fahrrad schlecht „geschmiert“ ist. Wir unterscheiden 3 Arten von Reibung: Haftreibungskraft: Sie muss überwunden werden, um einen Körper, der sich in Ruhe befindet, zu bewegen. Quader ist in Ruhe. Man versucht ihn wegzuziehen. Die Federwaage zeigt die Haftreibung an.

52 3. Kräfte und ihre Wirkungen v v Wir ziehen einen Quader mit konstanter Geschwindigkeit. Die Federwaage zeigt eine Kraft. Es muss ihr also eine gleich große Kraft entgegen wirken. Diese Kraft nennen wir Gleitreibungskraft. Sie tritt auf, wenn ein Körper bereits in Bewegung ist. Die Gleitreibung ist kleiner als die Haftreibung. Legen wir den Körper auf Rollen, ist eine geringere Kraft (als bei der Gleitreibung) nötig, um die Rollreibungskraft zu überwinden. Haftreibung > Gleitreibung > Rollreibung

53 3. Kräfte und ihre Wirkungen Versuch: Stelle die Fahrbahn schräg auf! Verwende verschiedene Papiersorten (Küchenrolle, glattes Papier) und lege es auf die Fahrbahn. Lege darauf den Quader und verändere die Neigung der Fahrbahn, bis der Quader rutscht. Notiere die Höhen!

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56 Versuch: Stelle die Fahrbahn schräg auf! Verwende verschiedene Papiersorten (Küchenrolle, glattes Papier) und lege es auf die Fahrbahn. Lege darauf den Quader und verändere die Neigung der Fahrbahn, bis der Quader rutscht. Notiere die Höhen! UnterlageHöhe bis zum Rutschen Keine Küchenrolle Glattes Papier

57 3. Kräfte und ihre Wirkungen Versuch: Ein Körper wird auf verschiedenen Unterlagen gezogen. Auf den Klotz wird ein zusätzliches Gewicht gegeben. Gewicht Die Reibung ist eine Kraft, die der Bewegung eines Körpers entgegenwirkt. Die Reibung hängt von den beiden sich reibenden Körpern ab. Die Reibung hängt vom Gewicht ab. Durch die Reibung entsteht immer Wärme.

58 3. Kräfte und ihre Wirkungen Beantworte! 30.1 Was kannst du beim Reiben deiner Hände beobachten? 30.2 Welche Art der Reibung tritt bei Rädern im Lager der Achse bzw. am Radumfang auf? 30.3 Welche Reibung wird beim Bremsen ausgenützt? 30.4 Wo sind beim Fahrrad Kugellager? Welchen Zweck haben sie? 30.5 Wodurch kann Gleitreibung in Rollreibung übergeführt werden? Lösungen: 30.1 Durch Reibung entwickelt sich Wärme Im Lager Rollreibung, in der Achsenbuchse Gleitreibung, am Radumfang Rollreibung 30.3 Haftreibung und Gleitreibung 30.4 An den Achsen, sie sollen die Gleitreibung in Rollreibung überführen Durch Räder und durch Kugellager.


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