Herzlich Willkommen Thema : Der Flaschenzug Bearbeitet : Jörg Sassen 8.11. 2006 Fach Schulorientiertes Experimentieren I

Übersicht Zusammenfassung des Experimentes Einordnung der Experimente in die KMK - Standards Zusammenfassung des Flaschenzuges Zielführende Kompetenzen der Schüler Darstellung des Experimentes Weitergehende Experimente Der Flaschenzug im Alltag Zusammenfassung des Experimentes

Einordnung in die KMK-Standards Die Versuche werden in den KMK-Standards eingeordnet: Der Flaschenzug ist Teil der Mechanik 1 Hauptschule : 9/10 Klasse Realschule : 7/8 Klasse Gesamtschule : 7/8 Klasse Gymnasium : 7/8 Klasse

Zusammenfassung Bei einem Flaschenzug mit n tragenden Seilen ist der Betrag der Zugkraft Fz gleich dem n-ten Teil des Betrages der Gewichtskraft FL der Last: Fz = 1/n · FL Bei einem Flaschenzug mit n tragenden Seiten ist die Länge der Zugstrecke sz gleich dem n-fachen der Länge der Strecke sZ, um die die Last angehoben wird: sz = n · sL

Zusammenfassung Bei einem Flaschenzug sind die Länge der Zugstrecke sZ und der Betrag der Zugkraft FZ antiproportional zueinander: sZ = p/FZ mit p = FL · sL , d.h. der Antiproportionalitätsfaktor p ist das Produkt aus dem Betrag der Gewichtskraft FL der Last und Länge der Strecke sL, um die die Last angehoben wird. Durch Einsetzen von p = FL· sL und Multiplizieren der Gleichung mit FZ ergibt sich FZ · sZ = FL · sL d.h. bei jedem Flaschenzug ist das Produkt aus dem Betrag der Zugkraft FZ und der Länge der Zugstrecke sZ gleich dem Produkt aus dem Betrag der Gewichtskraft FL der Last und der Länge der Strecke sZ, um die die Last angehoben wird.

Zielführende Kompetenzen der Schüler Messdaten verwerten können und eigene Interpretationen formulieren. Je-Desto Beziehungen erkennen. Eine weitere zielführende Interpretation wäre die Erkenntnis, dass das Eigengewicht der Rolle nicht zu vernachlässigen ist. Die Schüler sollen erkennen, dass Zugkräfte über Seile übertragbar sind. Die Schüler sollen erkennen, dass man Zugkräfte über Rollen umlenken kann. Die Schüler sollen erkennen, dass man mit Seilen und Rollen die Hubkraft prinzipiell verringern kann. Die Schüler sollen erkennen, dass sich der Kraftweg um den Faktor vervielfältigt, um den der Kraftbetrag kleiner geworden ist als die Gewichtskraft.

Der einfache Flaschenzug Materialien: feste und lose Rollen, Gewichtsstücke, Schnüre und Stativmaterial Einfacher Flaschenzug: Baue einen einfachen Flaschenzug nach der nebenstehenden Skizze auf!

Der Potenzflaschenzug Baue die skizzierte Seil-Rollen-Kombination auf!

Der Potenzflaschenzug Herr Schlaumeier benutzt nebenstehenden Flaschenzug, um eine schwere Last (G) hochzuheben. Er kann am Seil maximal mit der Kraft F = 400 N ziehen. Welche Last G kann er heben, wenn das Gewicht von Rollen und Seil zu vernachlässigen ist? Welche Last G* kann Herr S. maximal heben, wenn das Gewicht einer jeden Rolle Gr= 40N beträgt? Da Rolle 1 ein Gewicht von 40 N hat, bleiben in Seil 2 nur noch 800 N - 40 N = 760 N. An Rolle 2 ziehen damit 2 · 760 N = 1520 N nach oben, so dass für das Gewicht G* nur mehr G* = 1520N - 40N (Rollengewicht) = 1480N bleiben. An Rolle 1 zieht das Seil 1 zweimal mit der Kraft F = 400 N nach oben. Rolle 1 zieht also insgesamt mit 2 · 400 N = 800 N an Seil 2. Seil 2 zieht mit 2 · 800 N = 1600 N an Rolle 2 mit dem Gewicht G.

Weitere Experimente Berechne für die abgebildeten Flaschenzüge jeweils aus dem angegebenen Betrag FL der Gewichtskraft der Last und der Länge sL der Strecke, um die die Last angehoben werden soll, die notwendige Zugkraft Fz und die Zugstrecke sz . F = 480N sL = 0,5 m FZ = sz = F = 420N sL = 40cm Fz = sz =

Der Flaschenzug im Alltag

Zusammenfassung des Experimentes Vorteile : Einfacher Versuchsaufbau Eingebunden sein der Schüler Hohe Fehlertoleranz Beispiele aus der Welt der Schüler (Kran, Lampe usw.) Weiterführendes Ziel : Die goldene Regel der Mechanik: Die Arbeit bleibt konstant

Zusammenfassung des Experimentes Vorteile : 1) Verankerung bestimmter Schemata z.B. “Eine “lose” Rolle halbiert die Kraft eine feste lenkt sie um” “Die Zugkraft ist gleich der Last, geteilt durch die Zahl der Seile” “Die Arbeit bleibt konstant” 2) Durch den Miniaturaufbau bei den Experimenten könnten die Schüler Probleme haben, die geringen Kraftunterschiede und Wegstrecken genau zu erfassen

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Jörg Sassen