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Balancierende Objekte: Zuckerstückchen-Waage

Nach einer Idee von: Parsons, A.; Glover, D.: Faszinierende Experimente, S. 8.

zuckerwaage

1. Kurzbeschreibung

Die Schüler sollen durch den Umgang mit der Zuckerstückchen-Waage die Wirkungsweise des Hebelgesetzes und die Voraussetzungen für den Zustand des Gleichgewichts kennen lernen.

2. Sachinformationen

Siehe „Balancierende Figuren und Objekte – Kräftegleichgewicht – Hebel“ in den Sachinformationen für die Lehrkraft.

3. Anleitung für Lehrkräfte
3.1. Materialien

Material für die Vorbereitung:

  • 1 Teppichmesser
  • 1 spitzer Bleistift
  • 1 Lineal
  • 1 Hand- bzw. Bügelsäge (siehe Abb. 2) + 1 Feile
  • 1 Schere

Material:

  • 1 Streichholzschachtel
  • 1 Korken
  • 1 Holzleiste (möglichst Balsaholz; Maße: 3 cm × 30 cm; siehe auch „Vorbereitung“)
  • ca. 10 Würfelzucker-Stücke

Werkzeug:

  • 1 Schablone (siehe Vorlage; Maße: 3 cm × 30 cm)
  • 2 verschieden farbige Buntstifte (hier: rot und blau)
  • 1 Streichholz
  • 1 Tube Alleskleber (flüssig)

buegelsaege
Abb. 2

3.2.    Bauanleitung

Vorbereitung:
Die Herstellung der Schablonen ist Teil der Vorbereitung des Spielzeugs und kann sowohl die Aufgabe der Lehrkraft als auch die der Schüler sein. Zur Produktion werden aus Tonkarton mehrere Schablonen angefertigt (siehe AB: Vorlage der Schablone). Dabei muss darauf geachtet werden, dass diese dieselben Maße wie die Holzleiste besitzen. Für das Ausschneiden der Streifen (siehe Abb. 3) ist es sinnvoll, ein Teppichmesser zu verwenden, um erstens kleiner und genauer arbeiten zu können und zweitens einen geringeren Zeitaufwand zu haben. Die Streifen sollen eine ungefähre Einteilung der Holzleiste darstellen, um mit den Schülern besser über ihre Beobachtungen und Ergebnisse sprechen zu können.

Die halbierten Korken können ebenfalls von der Lehrkraft oder von den Schülern vorbereitet werden. Dazu wird der Korken längs halbiert, sodass ein halbrundes Stück Korken entsteht (siehe Abb. 4). Die Herstellung der Holzleiste kann sowohl im Vorfeld von der Lehrkraft als auch von den Schülern selbst durchgeführt werden. Hierzu wird ein Stück Balsaholz mit Hilfe einer Bügelsäge auf eine Länge von 30 cm gesägt und mit einer Feile abgeschliffen.

Die Fähigkeiten und Fertigkeiten der Schüler sollten im Vorfeld eingeschätzt werden, um zu entscheiden, ob die Lehrkraft oder die Schüler die Vorbereitungen übernehmen sollten. Hierbei ist es wichtig, dass den Schülern die Möglichkeit gegeben wird, eigenverantwortlich und selbstständig zu arbeiten.

Der Bau der Waage:
Als Erstes wird der Korken mit dem Teppichmesser so halbiert, dass zwei längliche Hälften entstehen. Danach wird Alleskleber auf die flache Seite eines halbierten Korkens gegeben und anschließend der Korken auf die große Fläche der Streichholzschachtel gedrückt (siehe Abb. 4).

Während der Kleber trocknet kann die Schablone auf die Holzleiste gelegt werden. Mit dem roten Buntstift wird nun der Streifen in der Mitte und die restlichen Streifen werden mit dem blauen Stift ausgemalt. Die Striche können auch ohne die Schablone im Abstand von 3 cm gemacht werden. Anschließend wird der rote Streifen auf die dünne Seite der Leiste verlängert (siehe Abb. 5) und die Holzleiste auf den Korken gelegt, sodass es sich im Gleichgewicht befindet. Zur Orientierung dient hierbei der rote Streifen auf der Holzleiste. Zum Schluss wird der rote Streifen auch auf den Korken verlängert (siehe Abb. 6), sodass die Gleichgewichtsposition der Leiste leichter zu finden ist.

zuckerwaage3
Abb. 3
zuckerwaage4
Abb. 4
zuckerwaage5
Abb. 5
zuckerwaage6
Abb. 6
3.3.    Durchführung

Die Zuckerstückchen können auf der Waage verteilt werden. Wo und wie viele Stücke muss man jeweils auf einer Seite verteilen (siehe Abb. 7)? Anstelle von Zuckerstückchen können natürlich auch andere Gegenstände verwendet werden.

zuckerwaage7 Abb. 7

Arbeitsanleitung herunterladen:

Anleitung Zuckerstückchen-Waage
Zuckerstückchen-Waage Schablone

4.    Tipps und Tricks
  • Alternative für den Korken:
    1 halbrundes Holzstück (in Form eines halbierten Zylinders, z.B.: halbierter Besenstiel; Ø : ≈ 2 cm; Länge: 3 cm)
  • Für das Holzlineal eignet sich Balsaholz sehr gut. Diese Holzsorte wird normalerweise im Modellbau verwendet. Balsaholz ist besonders leicht und lässt sich sehr einfach auf dem halbrunden Holzstück ins Gleichgewicht bringen. Weiterhin können die Buntstiftstriche sehr leicht aufgemalt werden.
  • Anstelle von Buntstiften können auch Fineliner verwendet werden. In diesem Fall können die Streifen in der Schablone auch kleiner sein.
  • Die Schablone muss der Größe des Lineals entsprechen.
  • Das Einteilen des Lineals mit Hilfe der Schablone geht relativ schnell. Daher ist es nicht notwendig, dass jeder Schüler eine Schablone besitzt.
  • Zuckerstückchen eignen sich sehr gut, da sie erstens sehr günstig sind und zweitens ihre Form und Größe für die Arbeit mit der Waage sehr hilfreich ist.
  • Man kann auch andere Gegenstände verwenden: Stifte, Radiergummis usw.
  • Bügel- bzw. Handsägen für die Schüler können im Baumarkt günstig erworben werden.
5.    Weiterführende Literatur
Siehe „Balancierende Figuren und Objekte – Kräftegleichgewicht – Hebel“ in den Sachinformationen für die Lehrkraft.
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