Kräftezerlegung an der schiefen Ebene (Grundversuch)
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Hinweise zur Durchführung
Der Aufbau ist eigentlich ziemlich einfach und sollte unproblematisch sein. Allerdings muss man ziemlich lange tüfteln, bis man den richtigen Angriffspunkt am Stativ und einen entsprechend passenden Faden gefunden hat. Ist alles richtig eingestellt, sollte man die schiefe Ebene wegnehmen können und der Wagen dabei nicht "nachsacken". Es gibt aber auch Halterungen für einen Kraftmesser, der dann senkrecht zur schiefen Ebene und parallel am Ende angebracht werden können. Hier spart man sich das Suchen nach dem richtigen Angriffspunkt. Verändert man aber den Winkel der Ebene, muss jedes Mal nachjustiert werden. Auch kann die schiefe Ebene nicht entfernt werden.
Didaktische Hinweise
An der schiefen Ebene will man die Zerlegung der Gewichtskraft in eine zum Hang parallele (Hangabtriebskraft) und eine zur Ebene senkrechte Komponente (Normalkraft) demonstrieren. Die Schwierigkeit liegt jetzt aber darin, dass eigentlich nicht die entsprechenden Komponenten sondern deren Gegenkräfte gemessen werden. Man sollte also vorher schon über Kraft und Gegenkraft geredet haben. Die gemessenen Kräfte haben aber denselben Betrag wie die zu untersuchenden Kräfte, sofern man den Versuch korrekt aufgebaut hat; entfernt man die Schiefe Ebene ist der Wagen insgesamt kräftefrei.
Die Erfahrungswelt der Schüler kann man einbinden, indem man ans Rutschen am Berg erinnert: Je steiler der Hang umso stärker der Hangabtrieb, der einen wegziehen will. Gleichzeitig nimmt die zu überwindende Reibungskraft ab, da die wirkende Normalkraft mit dem Neigungswinkel abnimmt und somit leichter überwunden werden kann.
Erst ab Jahrgangsstufe 9 stehen einem die trigonometrischen Funktionen zur quantitavien Berechnung der Beträge diesr Kräfte zur Verfügung. In der Unterstufe können derartige Aufgaben praktisch nur zeichnerisch gelöst werden.
Weiteres Material und Links
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Schiefe Ebene: Variation des Winkels
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