Themenbild

Nachricht

Beitragsseiten

Unterrichtsverlauf

1. Schritt: „Druckgewinnspiel“

Zur Einführung wird ein „Druckgewinnspiel“ durchgeführt. Ein stabiler Pappkarton wird auf einen Tisch gelegt und zwei Kinder aufgefordert, gegen zwei gegenüberliegende Seiten etwa gleichstark zu drücken. Ergebnis: Der Karton wird nicht verschoben. Keine Seite gewinnt. Zur Veranschaulichung hält ein drittes Kind zwei gleichlange Pfeile gegen die beiden Kartonseiten. Die Situation wird an die Tafel gezeichnet.

Anschließend bekommen zwei Kinder den Auftrag, dass eines stark gegen eine Kartonseite drückt und eines gegen die andere Seite nur ganz leicht. Jetzt wird der Karton bewegt, die stark gedrückte Seite gewinnt. Auch dieser Fall wird veranschaulicht. Zum Schluss wird von unten stark und von oben leicht gedrückt. Der Karton wird nach oben geschoben. Auch dieser, besonders wichtige Fall wird mit Kraftpfeilen veranschaulicht und an der Tafel skizziert.

 


Abb. 5.2: Beispiel für ein Tafelbild für das „Druckgewinnspiel“

 

2. Schritt: Wird auf alle Seiten eines U-Bootes gleich stark gedrückt?

Die entscheidende Frage für die Entstehung des Auftriebs wird nun gestellt und gesprächsbegleitend an der Tafel mithilfe von Kraftpfeilen veranschaulicht: Drückt das Wasser auf die Oberseite des untergetauchten U-Bootes genauso stark wie gegen die Unterseite?

Aufgrund der Ergebnisse von UE 4 werden einige Kinder auf die richtige Vermutung kommen: Die Unterseite des U-Bootes ist tiefer im Wasser als die Oberseite. Folglich drückt das Wasser stärker gegen die Unterseite als gegen die Oberseite.

Der folgende Versuch zeigt das unterschiedlich starke Drücken auch sehr deutlich und belegt die Vermutung. Die Druckdose mit den zwei Latexmembranen wird gezeigt und gefragt, was man beobachten wird, wenn sie (senkrecht) ins Wasser eingetaucht ist. Nach dem Gespräch über die Vermutungen wird der Versuch durchgeführt. Die Beobachtung ist eindeutig: Auf die unten befindliche Membran wird stärker gedrückt als auf die obere.


Abb. 5.3: Zweiseitige Druckdose unter Wasser – die untere Membran ist stärker eingedrückt als die obere

Der Versuch wird an der Tafel skizziert und ein Schüler/Schülerin befestigt ein passendes Paar von Papp-Pfeilen bei den Membranen.


Abb. 5.4: Beispiel für ein Tafelbild

Ein Ergebnissatz wird formuliert, sinngemäß: Gegen die Unterseite eines U-Bootes drückt das Wasser stärker als gegen die Oberseite.

 

3. Schritt: Wie stark wird das U-Boot durch das Wasser nach oben gedrückt? Die Auftriebskraft

Es wird an das Gewinnspiel aus Schritt 1 erinnert und dieses wird übertragen auf das U-Boot mit Hilfe des „Meeresplakates“, des Papp-U-Bootes und der Kraftpfeile: Das Drücken gegen die Unterseite nach oben gewinnt gegen das nach unten gerichtete Drücken auf die Oberseite. Wie groß ist die Kraft, die bei dem Gewinnspiel nach oben übrigbleibt?

Abb. 5.5a: U-Boot mit zugeordneten Druckkraftpfeilen;
Abb. 5.5b: Ergänzt durch nebeneinandergelegte Druckkraftpfeile und den Kraftpfeil (gelb) für den Auftrieb

Dazu wird auf dem Meeresplakat ein „U-Boot“ auf eine Tauchstufe gelegt. Die dazugehörigen Druckpfeile werden von der Seite genommen und jeweils von oben und unten gegen das U-Boot gerichtet (Abb. 5.5a). Dann werden die gleichen Pfeile nebeneinandergelegt und der daraus resultierende Auftriebspfeil (gelber Pfeil in Abb. 5.5b) wird an die Tafel geheftet oder passend zu den Druckkraftpfeilen auf ihrem Meeresplakat gelegt. Wichtig ist die Erkenntnis, dass die nach oben gerichtete Auftriebskraft kleiner ist als die nach oben gerichtete Druckkraft: Die Wirkung der nach oben gerichteten Druckkraft wird verkleinert durch die Wirkung der nach unten gerichteten Druckkraft auf die Oberseite des U-Bootes.

Zum Einüben kann die Größe der Auftriebskraft für das gleiche U-Boot für verschiedene Tauchstufen ermittelt werden. Dass sich dabei immer die gleiche Auftriebskraft ergibt, sollte nicht besonders betont werden.

Es fehlt noch die Wirkung des Wassers auf die Seitenflächen des U-Bootes: Diese heben sich entsprechend des Versuchs mit dem Pappkarton auf. Ergänzend kann mit der Druckdose in horizontaler Stellung gezeigt werden, dass von links und rechts gleich stark gedrückt wird. Dieses Drücken hebt sich deshalb auf, es erfolgt kein Verschieben nach links oder rechts.

 

Hinweis:

Die Druckkraft auf eine Fläche hängt nicht nur von der Wassertiefe ab, sondern auch von der Größe der Fläche. Je größer die Fläche ist, gegen die das Wasser drückt, desto größer ist die Druckkraft auf die Fläche. Sind die Seitenflächen größer als Ober- und Unterseite, können dort auch größere Druckkräfte wirken. Aber da sich diese Kräfte aufheben, sind sie für die Auftriebskraft irrelevant und man kann über diese Problematik hinwegsehen.

 

Abschließend wird ein Ergebnissatz formuliert (sinngemäß): Das Wasser drückt von oben und von unten gegen das U-Boot. Aber von unten drückt es stärker als von oben. Dadurch bleibt eine nach oben drückende Kraft übrig. Diese Kraft wird Auftrieb oder auch Auftriebskraft genannt. Die Kräfte auf die Seitenwände heben sich auf.

 

4. Schritt: Wir üben mit Druckkraftpfeilen

Einzel- oder Partnerarbeit
Die Schüler bekommen in DIN-A4-Format ein Meeresplakat (AB5.3). Die ausgeschnittenen Druckkraftpfeile (AB5.1) und die ausgeschnittenen und angemalten U-Boote (AB5.2) werden wie an der Tafel von den Schülern auf ihrem Arbeitsplatz angeordnet.


Abb. 5.6: Arbeitsblätter AB5.1 – AB5.3

 

Anwendung des Meeresplakates, der U-Boote und der Druckkraftpfeile

Die Schüler bearbeiten das Arbeitsblatt AB5.4. Für verschiedene Tauchsituationen sollen die Druckkraftpfeile und der daraus resultierende Auftriebspfeil eingezeichnet werden.


Abb. 5.7: Ausschnitt des Arbeitsblattes AB5.4

Die jeweilige Tauchsituation wird auf dem Meeresplakat wie an der Tafel hingelegt. Die genutzten Druckkraftpfeile werden anschließend auf die entsprechende Aufgabe des Arbeitsblattes gelegt.

Das Einzeichnen der Druckkraftpfeile erfolgt durch Umranden der Druckkraftpfeile. Der Auftriebspfeil wird frei Hand eingezeichnet.

Hinweis: Die Lehrkraft sollte stets darauf achten, dass die Schüler ihren Arbeitsplatz wie an der Tafel strukturieren: Neben das Meeresplakat werden auf der richtigen Höhe die Druckkraftpfeile positioniert.

Lösungsblatt AB5.5 dient zur Eigenkontrolle.


Abb. 5.8: Ausschnitt von AB5.5

 

5. Schritt: Zusammenfassung und Erweiterung der Inhalte der Unterrichtseinheit

Auf einen untergetauchten Gegenstand drückt das Wasser von allen Seiten. Aber auf die Unterseite drückt es stärker nach oben als auf die Oberseite nach unten. Dadurch bleibt eine Kraft nach oben übrig, Auftriebskraft genannt (oder abgekürzt: Auftrieb). Die Kräfte auf die Seitenflächen heben sich auf.

Das kann beispielhaft noch einmal an der Tafel an einer Tauchsituation mit den entsprechenden Druckpfeilen und dem daraus resultieren Auftriebspfeil besprochen werden.

Zusätzliche Erarbeitung für eine leistungsstarke Lerngruppe oder als zusätzlicher Forscherauftrag für leistungsstarke SuS:

  • Die Auftriebskraft auf einem Körper ist in jeder Wassertiefe gleich groß.
    Das kann mithilfe des ausgefüllten Arbeitsblattes A5.4 besprochen werden. Bei den Tauchsituationen von denselben U-Booten bleibt der Auftriebspfeil immer gleich groß.

  • Die Auftriebskraft der größeren U-Boote ist größer als die der kleineren U-Boote.
    Die Auftriebspfeile der größeren U-Boote sind größer als die Auftriebspfeile der kleineren U-Boote.

 

 

Bewerten Sie diesen Abschnitt!
Aktuelle Bewertung der Inhalte dieses Abschnitts:  
Bewertung 0.50 (3 Stimmen)


Klicken Sie auf einen Stern, um die Inhalte dieses Abschnitts zu bewerten. Sie helfen uns, SUPRA weiter zu verbessern. Falls Sie Fehler finden sollten, z.B. Rechtschreibfehler, tote Links oder Unstimmigkeiten – wir freuen uns über Ihre Verbesserungsvorschläge und aktive Mithilfe. Schreiben Sie uns! Vielen Dank!

Bewertung von Inhalten

Mit dieser Funktion können Sie die Inhalte dieses Abschnitts oder Themas bewerten. Die gelben Sterne geben den Mittelwert aller bisherigen Bewertungen dieses Abschitts wider – die Gesamtzahl der abgebenen Stimmen erscheint in Klammern dahinter. Bewegen Sie den Mauszeiger über die Sterne und klicken Sie auf die Anzahl der Sterne (von links), die Sie vergeben möchten (Sterne fäben sich rötlich). Die Bewertung einer Seite ist nur einmal pro Besuch möglich.

Die Anzahl der Sterne bedeutet:
1 Stern = Inhalte sind in dieser Form unbrauchbar
2 Sterne = Inhalte sind mangelhaft – wichtige Details fehlen
3 Sterne = Inhalte sind ausbaufähig, einiges ist brauchbar
4 Sterne = Brauchbar – Inhalte sind eine gute Hilfe
5 Sterne = Sehr gut – das Angebot ist eine sehr große Hilfe


Danke für Ihre Mithilfe, das Angebot von SUPRA weiter zu verbessern.
Ausführlicheres Feedback und Korrekturvorschläge nehmen wir gerne entgegen – schreiben Sie uns!