Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule

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2002

PdN-PhiS 5/02
Fahrphysik und Verkehr

 
Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule 5/2002 - Fahrphysik und Verkehr

Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule 5/2002

Fahrphysik und Verkehr



 
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ISSN 1617-5689

2002
48 Seiten, geheftet, 21 x 30 cm
 
9.50 Euro
 

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Themenheft Fahrphysik und Verkehr

Zum Beispiel Haftreibung
H. Schwarze

Elemente der Fahrphysik finden häufig Eingang in den Physikunterricht. Die Lehrbücher liefern zunehmend Beispiele, zu denen Schülerinnen und Schüler ihre Erfahrungen einbringen und neue Zusammenhänge erschließen. Was sind es für Beispiele? Sind es nicht schon genug Beispiele?

Unterschiedliche Fachinhalte des Physikunterricht erschließen den einen oder anderen Phänomenbereich. Bezogen auch die Fahrphysik liefert die Kinematik eine für viele Schülerinnen und Schüler erlernbare und anwendbare Grundlage zur Beschreibung von Bewegungen. Von der Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit über die Problematik einer grünen Welle bis hin zu beschleunigten Bewegungen hat der Unterricht aus der Sicht der Beteiligten - und der des Autors - häufig den gewünschten Erfolg. Die Lernschwierigkeiten sind kalkulierbar, der Lernfortschritt offensichtlich. Dieser Sichtweise schließen sich auch die Autoren von Mathematik-Schulwerken an. Auch dort findet man Aufgaben zu Weg, Zeit und Geschwindigkeit.

Mit der Dynamik sieht es etwas anders aus. Da walten die Kräfte. Und mit ihnen vielfach untersuchte und diskutierte Lernschwierigkeiten. Doch gerade dieser Themenbereich liefert die fachliche Grundlage zur Behandlung der wesentlichen Phänomene der Fahrphysik. Es ist weniger die kinematische Bewegung eines Massenpunktes, sondern die Dynamik des Fahrzeugs und der beteiligten Personen, die Schülerinnen und Schüler emotional bewegt.

Diesem Umstand trägt ein Unterricht zur Dynamik der Fahrzeuge und Personen Rechnung. Und auch hier ist es so, dass - wenn es alles ganz einfach wäre diese Inhalte sicher schon längst breiten Eingang in den Unterricht gefunden hätten. Mit dem für Schülerinnen und Schüler interessanten Lernbereich sind weitere Lernschwierigkeiten verbunden, die mittels der vorhandenen Eingangsmotivation überwunden werden müssen. Keine leichte Aufgabe für Lehrer und Schüler.

Mit diesem Themenheft werden deshalb mehrere Facetten eines Unterrichts zur Fahrphysik parallel vorgestellt. Neben den zusätzlichen Fachbegriffen und Zusammenhängen aus der Fahrphysik, die den traditionellen Dynamikunterricht erweitern, sind methodische Hilfen und experimentelle Anregungen ein zentrales Anliegen. Es geht also darum, mit wenigen tragenden Begriffen und ZusammenhängGe aus der Fahrphysik einen möglichst großen, für Schülerinnen und Schüler interessanten Phänomenbereich abzudecken. Wenige zusätzliche Inhalte lassen sich leichter und sicherer verankern als viele. Gleichzeitig sollen dabei die bekannten, mit dem Gebiet der Dynamik verbundenen Lernschwierigkeiten nicht aus dem Blick geraten. Hier helfen viele einfache Experimente, konkrete Modelle und angemessene Vereinfachungen.

Im ersten Beitrag "Fahrphysik im Unterricht - Ein Unterrichtskonzept mit Haftreibung" werden die genannten Vorgaben exemplarisch umgesetzt. Es ist allein das Phänomen der Haftreibung, welches große Bereiche des Fahrverhaltens von Fahrzeugen charakterisiert. Die dabei verwendeten methodischen Hilfen dienen der Veranschaulichung. Die Impulse, Kräfte bzw. Impulsströme werden so konkreter, durch Modelle greifbarer.

Der folgenden Beitrag "Der Kamm'sche Kreis - Wie stark kann man beim Kurvenfahren Bremsen von M. Risch behandelt die physikalischen Hintergründe der eingangs getroffenen Vereinfachungen. Der Beitrag soll helfen, eine dem Unterricht angemessene fachliche Reduktion zu finden.

Mit seinem Beitrag "Nur ein bisschen zu schnell" problematisiert R. Meyer den zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit beim Bremsen. Neben der analytischen Lösung werden Modellbildungen verwendet, die auch in anderen Bereichen der Fahrphysik zu quantitativen Aussagen führen können.

D. Heuer u. a. beginnen mit dem Thema "Anfahren, Rollen und Bremsen eines Fahrrades" die Reihe der Beiträge, die sich den Experimenten zur Fahrphysik widmen. Hier wird auch die Modellbildung wieder aufgegriffen. Es folgt von H. Mallas "Die Kraft spüren" mit Experimenten zum Auto und "Praktischer Fahrphysik-Unterricht", der beschreibt, wie Schülerinnen und Schüler die Fahrphysik im doppelten Sinn des Wortes "erfahren".

Abschließend der Beitrag "Gefährlichkeit und ihre physikalische Beschreibung" von A. Leffler u. H. Schwarze, der auch in einem Unterrichtsgang eher am Ende stehen wird. Mit den im Fahrphysik-Unterricht entwickelten Begriffen Impuls, Kraft F (bzw. Impulsstrom) allein kommt man nicht zu allgemein gültigen Aussagen zur Gefährlichkeit. Eine Serie von Experimenten macht deutlich, dass die Querschnittsfläche A - durch die der Impuls fließt - zu berücksichtigen ist und FIA die Gefährlichkeit misst. Ein Ausblick auf die Airbag Steuerung schließt das Thema ab.

Inhaltsverzeichnis

Beiträge


Vorwort
H. Schwarze


Fahrphysik im Unterricht – Ein Unterrichtskonzept mit Haftreibung
H. Schwarze


Der Kamm’sche Kreis – Wie stark kann man beim Kurvenfahren Bremsen
M. R. Risch


Nur ein bisschen zu schnell
R. Meyer


Anfahren, Rollen und Bremsen eines Fahrrades –
Experimente mit Datenerfassung über Handfunkgerät und Modellbildungen
D. Heuer, B. Voß, Th. Geßner


Kraft spüren – Experimente zur Fahrphysik
H. Mallas


Praktischer Fahrphysik-Unterricht – PKW-Fahrsicherheitstraining mit dem Physik-Kurs
H. Mallas


Gefährlichkeit und ihre physikalische Beschreibung
A. Leffler u. H. Schwarze


Serie
Einfache Experimente mit dem Computer – Teil 9:
Das Blinklicht in Visual Basic
A. Bresges , U. Bretschneider u. H. Harreis




Praxis-Magazin


Ein Magnet fällt (nicht) durchs Kupferrohr – Ein neuer Versuch zum Lenz’schen Gesetz
K. P. Driedger


Welchen Weg geht das Licht?
T. Wünscher, H. Hauptmann und F. Herrmann


Warum ist Erde braun?
R. Oldenburg


Altlasten der Physik (61)
Momentan- und Durchschnittsgeschwindigkeit
F. Herrmann


Bücher
Rückschau
Chemie 5/51
Biologie 5/51
Impressum
Kurzfassungen


Abstracts

Fahrphysik im Unterricht – Ein Unterichtskonzept mit Haftreibung
H. Schwarze
Die Beschränkung auf die Haftreibung als Element der Fahrphysik
dient der Fokussierung auf wenige tragfähige physikalische Begriffe.
Gleichzeitig ist der damit erschließbare Bereich der Phänomene reizvoll
und vielfach ausreichend. Im Weiteren: Zu erwartende Lernschwierigkeiten,
geeignete Reaktionen darauf und methodische Tipps.
PdN-PhiS. 5/51, S. 2


Der Kamm’sche Kreis – Wie stark kann man beim Kurvenfahren Bremsen
M. R. Risch
Die Möglichkeiten und Grenzen für maximale Beschleunigung und
Kurvengeschwindigkeit radgetriebener Fahrzeuge werden diskutiert.
Die begrenzte Haftreibungskraft zwischen Rad und Fahrbahn führt
in allen Fällen zu physikalischen Grenzen und bestimmt das Fahrverhalten
in Grenzsituationen. Dies wird an Beispielen erläutert.
PdN-PhiS. 5/51, S. 7


Nur ein bisschen zu schnell
R. Meyer
Die für Autofahrer wichtige Tatsache, dass beim Bremsen die Geschwindigkeit
erst auf den letzten Metern der Bremsstrecke deutlich
reduziert wird, kann mit kinematischen Grundgleichungen oder numerischen
Verfahren untersucht werden.
PdN-PhiS. 5/51, S. 12


Anfahren, Rollen und Bremsen eines Fahrrades – Experimente mit Datenerfassung über Handfunkgerät und Modellbildungen
D. Heuer, B. Voß, Th. Geßner
Um realistische Bewegungsabläufe mit dem Fahrrad leicht erfassen
und analysieren zu können, wird ein Babyfon mit einer kleinen Zusatzschaltung
versehen, so dass die Dynamoimpulse des Fahrrades
über eine abgeänderte Maus mit dem Computer erfasst werden können.
Der Umbau wird beschrieben. Typische lineare Bewegungen
werden mit Hilfe von PAKMA analysiert und der Vorgang zusammen
mit relevanten Größen visualisiert. Abschließend werden die
Abläufe mit der gleichen Software modelliert, um dann Experiment
und Modell vergleichen zu können.
PdN-PhiS. 5/51, S. 14


Kraft spüren – Experimente zur Fahrphysik
H. Mallas
Lenken, Bremsen, Beschleunigen eines PKW – immer sind Reibungskräfte
entscheidend. Die vorgestellten Experimente machen
diese Kräfte erfahrbar und fühlbar und fördern so ein Verständnis der
physikalischen Vorgänge. Die Experimente betrachten die Gleitreibung
bei der Vollbremsung, die Seitenführungskraft eines Reifens,
Andruck und Blockierneigung eines gebremsten Rades, den Schleudervorgang
eines PKW und die Sitzposition des Fahrers.
PdN-PhiS. 5/51, S. 20


Praktischer Fahrphysik-Unterricht – PKW-Fahrsicherheitstraining mit dem Physik-Kurs
H. Mallas
Die Mehrzahl der Autofahrer ist hilflos, wenn ihr Fahrzeug durch eigene
Fahrfehler oder Verschulden anderer Verkehrsteilnehmer in den
Grenzbereich gerät. Die Beherrschung des PKW in solchen Situationen
wird in einem Sicherheitstraining vermittelt. Ein Fahrphysik-Kurs
im 13. Jahrgang ist gut geeignet, die physikalischen Grundlagen dafür
zu erarbeiten. Das gemeinsame Üben mit dem eigenen PKW ist ein
sinnvoller Beitrag zur Verkehrserziehung für Fahranfänger aus der
Risikogruppe der 18- bis 25-Jährigen.
PdN-PhiS. 5/51, S. 23


Gefährlichkeit und ihre physikalische Beschreibung
A. Leffler u. H. Schwarze
Gefährlichkeit wird häufig mit Beschleunigungen im Zusammenhang
gesehen. Eine Sequenz von Experimenten verdeutlicht, dass die Kraft
pro Fläche – die mechanische Spannung – ein besseres Maß für die
Belastbarkeit bzw. die Gefährlichkeit von Gefahrensituationen im
Straßenverkehr ist.Als methodische Hilfe kann der Quotient von Impulsstrom
und Querschnittsfläche betrachtet werden. Bei einem drohenden
Unfall kommt es also auf Impulse, Impulsströme und Querschnittsflächen
an.Welche gemeint sind und wie sie zur Reduzierung
der Gefährdung zu optimieren sind, zeigt der vorgestellte Lehrgang.
PdN-PhiS. 5/51, S. 28


Ein Magnet fällt (nicht) durchs Kupferrohr – Ein neuer Versuch zum Lenz’schen Gesetz
K. P. Driedger
Ein starker Scheibenmagnet geht in einem Kupferrohr nicht in den
freien Fall über, sondern sinkt nur langsam herab. Dieser Effekt kann
auf die Induktionsströme zurückgeführt werden, die der Magnet im
Kupferrohr verursacht. Nach dem Lenz’schen Gesetz bremsen diese
Induktionsströme die Fallbewegung des Magneten ab.
PdN-PhiS. 5/51, S. 35


Welchen Weg geht das Licht?
T. Wünscher, H. Hauptmann und F. Herrmann
Es werden Bilder der Verteilung von Energie und Energiestrom in
Lichtfeldern vorgestellt und diskutiert. Mit Hilfe von wenigen einfachen
Regeln, können solche Bilder skizziert und gedeutet werden.
Als Alternative zu den Lichtstrahlen der geometrischen Optik kann
man die Energiestromlinien als Weg des Lichts interpretieren.
PdN-PhiS. 5/51, S. 38


Warum ist Erde braun?
R. Oldenburg
Die blaue Farbe des Himmels ist eine Folge der Wellenlängenabhängigkeit
der Streuung des Sonnenlichtes in der Atmosphäre. In
Analogie dazu kann auch die typische braune Farbe des Erdbodens
– cum granso salis – durch allgemeine Gesetzmäßigkeiten von Streuung
und Absorption erklärt werden. Mit Computerhilfe kann man
sich die errechneten Reflexionsspektren als Farben anzeigen lassen.
PdN-PhiS. 5/51, S. 44


Serie Einfache Experimente mit dem Computer – Teil 9: Das Blinklicht in Visual Basic
A. Bresges, U. Bretschneider u. H. Harreis
Im diesem Artikel setzen wir die praktische Arbeit mit der seriellen
Schnittstelle fort. Die Windows-typischen Programmiertechniken
und -Möglichkeiten werden anhand des bereits früher mit PASCAL
realisierten Programmes „Lauflicht“ dargestellt und erläutert.
PdN-PhiS. 5/51, S. 33


Altlasten der Physik (61) – Momentan- und Durchschnittsgeschwindigkeit
F. Herrmann
Es wird argumentiert, dass man bei der Einführung der Geschwindigkeit
mit zu viel Sorgfalt verfährt. Man sollte sich mehr auf die Anschauung
verlassen, die die Schüler von vornherein von der Größe
haben. Eine Unterscheidung zwischen Momentanwert und Durchschnittswert
könnte man auch bei vielen anderen Größen treffen,
aber aus gutem Grund tut man es nicht.
PdN-PhiS. 5/51, S. 46