Sie suchen nach einem guten Experiment zu den Themen Reibung und Mechanik? Et voilà: Die Physik-Olympiade bietet Ihnen hierzu das Experiment "Seilreibung". Danach wird Ihren Schülerinnen und Schülern klar sein, warum Seile ganze Schiffe befestigen können. Oder verrostete Bremszüge eher mühsam sind.
Bild: Chris Lawton auf unsplash.com
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.
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.
BarbaraRoos 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.
MarkusMeier 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.
