Wie ist das Experiment aufgebaut?

Ihre Schüler analysieren die Reibung zwischen einem Seil und einer Stange. Das Experiment hat drei Aufgaben:

• Bestimmung der Kräfte bei maximaler Haftreibung und des Haftreibungskoeffizienten
• Bestimmung der Kräfte bei Gleitreibung und des Gleitreibungskoeffizienten
• Bestimmung der Kräfte bei Gleitreibung als Funktion des Umschlingungswinkels sowie des Gleitreibungskoeffizienten

Was lernen meine Schüler?

• Sie lernen das Gesetz von Euler-Eytelwein kennen und verstehen es
• Sie können erklären, warum wenige Umschlingungen um einen Poller reichen, um ein schweres Schiff festzumachen
• Sie lernen, ein Physik-Experiment zu bauen, auszuführen und auszuwerten

Sie können Ihre Schüler für das Experiment motivieren, weil...

• es überraschend ist
• es ein Alltagsphänomen erklärt
• man mit einfachsten Mitteln ein allgemeines physikalisches Gesetz findet

Welches Material brauchen wir für das Experiment?

• Schnur
• 2 Federkraft-Messer (Bereich 0 – 3 N, 0 – 10 N). Achtung: Die Skala von Federkraftmessern muss je nach Verwendungslage (senkrecht nach oben, senkrecht nach unten, waagrecht) mit Hilfe der Verstellschraube auf 0 gestellt werden.
• Stativmaterial: Tischklammer, Stativstange, Muffe, Stativstange für Reibungsmessung (rot markiert)
• Diagrammpapier
• Kessel, Wassergefäss (mit Wasser), Waage
• Gewichtssatz
• Papiertücher

Für wen ist das Experiment geeignet?

Ideal für Klassen, die in zwei Jahren die Matura schreiben. Die Schülerinnen und Schüler sollten die Exponentialfunktion kennen. Das Phänomen an sich können aber auch jüngere Schülerinnen und Schüler erkunden.  

Wie lange dauert das Experiment?

Ungefähr 150 Minuten. Wer die vollständige Lösung finden will, braucht eher länger.

Download Experiment

So können Sie das Experiment ausbauen:

• Unterschiedliche Stangendurchmesser testen. Der Aha-Moment: Der Effekt hängt nur vom Umschlingungswinkel ab.
• Anwendungsbeispiele besprechen. Zum Beispiel schlecht geölte oder verrostete Bremszüge beim Velo. Der Kraftaufwand wird bald sehr gross, die Bremswirkung ist klein.

Wer hat es erfunden?

Die Idee des Experiments ist von der Asiatischen Physik-Olympiade 2012 übernommen. Ausgearbeitet wurde das Experiment von Markus Meier.

Wo finde ich die Lösungen?

Auf der Website der Physik-Olympiade: http://swisspho.ch/de/exams

Zu den Autoren

Barbara Roos studiert Mathematik im Master an der ETH Zürich. Sie durfte 2014 an der Internationalen Physik-Olympiade in Kasachstan teilnehmen. Seither hilft sie bei der Physik-Olympiade beim Übersetzen und Korrigieren von Prüfungen und hat auch schon Schweizer Teams an internationale Wettbewerbe begleitet.

Markus Meier studierte und promovierte in Physik an der ETH Zürich. Hilft bei der Physik-Olympiade seit bald zehn Jahren mit und hat Teams an drei Internationale Physik-Olympiaden begleitet. An der Alten Kantonsschule Aarau hat er als Physiklehrer Schüler auf die Olympiaden vorbereitet; er wird im Sommer 2018 pensioniert.