EXP:Zusammengesetzte Bewegungen

Dieser Versuch zeigt qualitativ die zusammengesetzte Bewegung anhand einer Flugparabel einer Kugel, die von einem fahrenden Wagen senkrecht nach oben abgeschossen und anschließend wieder aufgefangen wird

Didaktischer Rahmen

Fachdidaktische Zielsetzung

Nötige Vorkenntnisse

Beschreibe hier genauer welche Vorkenntnisse ein*e SuS benötigt um das Experiment verstehen zu können. Dabei müssen auch die nötigen Vorkenntnisse aus anderen Fächern beachtet werden.

Mögliche Schülerschwierigkeiten

Beschreibe hier welche Schwierigkeiten die SuS beim Beobachten des Demonstrationsexperiments bzw. beim eigenständigen Durchführen des Experiments haben könnten. GGf. kannst du hier auch Lösungsansätze beschreiben.

Schülervorstellungen, die hier relevant werden

Gibt es in der Literatur (z.B. Schecker, Horst; Wilhelm, Thomas; Hopf, Martin; Duit Reinders (Hrsg.) (2018): Schülervorstellungen und Physikunterricht. Berlin: Springer-Verlag GmbH) bereits erforschte Schülervorstellungen, die bei diesem Experiment relevant werden könnten? Beschreibe die Schülervorstellungen mit eigenen Worten und beschreibe warum sie hier relevant sind. GGf. kannst du auch einen Lösungsansatz beschreiben.

Parabelbahn einer Kugel. Fotografiert von Christian Mühlhuber.

Allgemein

Klassenstufe	Klasse 9/10
Kategorie	Mechanik
Einordnung in den Bildungsplan von BW	3.3.5.2 Dynamik

Klassifikation

Quantitativ/Qualitativ	Qualitativ (aber auch quantitativ möglich)
Demo-/Schülerexperiment	Demonstrationsversuch
Unterrichtsphase	Einstieg oder Vertiefung
Einzelversuch/Versuchsreihe	Einzelversuch

Versuchsanleitung

Benötigtes Material

Als Liste einfügen mit den Links zur Hardware, wenn sie sich schon im Wiki befindet. Beispiel:

• PASCO Smart Cart
• PASCO Smart Cart Ballistisches Zubehör
• PASCO Fahrbahn
• Sparkview-App
• Spiegelreflexkamera Canon EOS 77D
• Stativ
• Fernbedienung zum Auslösen der Kamera
• LED-Leuchte
• Schwarzer Stoff zum Abdecken des Tisches
• Hintergrundsystem mit schwarzem Stoff
• Kartons zum Abschatten

PASCO Experimentiermaterial, das für den Versuch der zusammengetzten Bewegung benötigt werden.

Versuchsaufbau

Um die Flugparabel durch eine Langzeitbelichtung sichtbar zu machen, muss die Kugel gegenüber dem Hintergrund einen guten Kontrast haben. Daher gibt es folgende Schritte zu beachten:

Schritt 1

Platziere die PASCO-Farbahn auf einer möglichst dunklen Decke, damit die Tische kein Licht reflektieren. Außerdem neigen weiße Flächen bei einer Langzeitbelichtung dazu auszubrennen, sodass dort keine Struktur mehr zu finden sein wird. Sorge auch für einen dunklen Hintergrund.

Schritt 2

Stelle eine Leuchte in Richtung der Bahn auf und grenz den Lichtkegel so ein, dass möglichst wenig Licht auf den Hintergrund fällt.

Schritt 3

Platziere wenn nötig einen weiteren Karton, um Licht vom Hintergrund fern zu halten.

Schritt 4

Stelle eine Kamera auf einem Stativ auf, wähle den Bildausschnitt und schatte das Objektiv entweder mit einer Streulichtblende oder mit einem Karton ab, um Flair zu vermeiden, der durch die Leuchte entsteht und den Kontrast der Bilder stark herabsetzt.

Versuchsaufbau und Aufnahmekulisse für die Flugparabel einer Kugel.

Versuchsdurchführung

Der Ballistik-Aufsatz von PASCO wird über ein Klinkenkabel mit dem Smart Cart verbunden. Über die Sarkview-App kann anschließend das Smart-Cart über Bkluetooth mit einem Tablett verbunden werden. Für das Ballistik-Zubehör existiert ein eigenes Fenster, über das ein Timer eingestellt oder der Katapult direkt ausgelöst werden kann. Der Katapult wird aktiviert, indem man den Ball in die Öffnung nach unten drück und somit eine Feder spannt. Für die Aufnahme kann es hilfreich sein, wenn das Raumlicht ausgeschaltet wird.

Die Kameraeinstellungen werden so gewählt, dass die komplette Flugparabel der Kugel auf einer Belichtung zu sehen ist. Das oben zu sehende Bild mit der Flugparabel ist mit einer Belichtungszeit von 2 s und einer Blende von f/5.6 bei ISO 200 entstanden.

Die Durchführung dieses Versuchs lässt sich einfacher zu zwei durchführen, da neben der Kamera auch der Wagen angeschubst und der Katapult zeitlich stimmig ausgelöst werden muss. Bei der Durchführung alleine stellt man am besten einen Selbstauslöser von 10 s an der Kamera ein und schiebt den Wagen an, wenn man das Auslößen der Kamera hört. Über die Sparkview-App lässt sich der Ballistik-Aufsatz dann direkt kurz nach dem Anschieben des Wagens auslösen.

Auswertung

Flugparabel einer Kugel aufgenommen in einer Langzeitbelichtung mit 2 s.

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Motivkontrast

Bei diesem Experiment ist es wichtig, dass zwischen der Kugel und dem Hintergrund ein genügend großer Kontrast ist, damit diese in einer Langzeitbelichtung wahrgenommen wird. Ein hoher Kontrast wird dadurch geschaffen, dass zum einen die Bahnebene der Kugel beleuchtet und der Hintergrund durch ein dunkles Tuch abgedunkelt wird. Hierbei darf kein Licht der Leuchten auf den Hintergrund oder in das Objektiv fallen, da sonst der Hintergrund heller werden und Flair im Objektiv entstehen würde.

Sicherheitshinweise

Bei diesem Versuch besteht Gefahr durch herabfallende

Fotos

Am Ende des Dokuments kommt eine Galerie aller Bilder, die zu diesem Experiment unter dem Namensraum "Datei:" bereits vorhanden sind. Im Allgemeinen lohnt es sich häufig auch, bereits bestehende Texte und deren Syntax zu betrachten:
<div class="row"> <div class="large-4 large-centered columns"> <ul class="example-orbit" data-orbit> <li> [[Datei:Bild.png|slide 1]] <div class="orbit-caption"> Bildbeschreibung </div> </li> </ul> </div> </div>

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      Parabelbahn
  

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       Fotografie-Aufbau
  

Literatur

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0