Physik Mašin | Grois | Glaeser verstehen 3 PHYSIK verstehen
Physik verstehen 3, Schulbuch + E-Book Schulbuchnummer: 220382 Physik verstehen 3, Schulbuch E-Book Solo Schulbuchnummer: 220384 Mit Bescheid des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft und Forschung vom 23. August 2024, GZ 20230.722.310, gemäß § 14 Abs. 2 und 5 des Schulunterrichtsgesetzes, BGBl. Nr. 472/86, und gemäß den derzeit geltenden Lehrplänen als für den Unterrichtsgebrauch für die 3. Klasse an Mittelschulen im Unterrichtsgegenstand Physik (Lehrplan 2023) und für die 3. Klasse an allgemein bildenden höheren Schulen – Unterstufe im Unterrichtsgegenstand Physik (Lehrplan 2023) geeignet erklärt. Dieses Werk wurde auf der Grundlage eines zielorientierten Lehrplans verfasst. Konkretisierung, Gewichtung und Umsetzung der Inhalte erfolgen durch die Lehrerinnen und Lehrer. Liebe Schülerin, lieber Schüler, du bekommst dieses Schulbuch von der Republik Österreich für deine Ausbildung. Bücher helfen nicht nur beim Lernen, sondern sind auch Freunde fürs Leben. Kopierverbot Wir weisen darauf hin, dass das Kopieren zum Schulgebrauch aus diesem Buch verboten ist – § 42 Abs. 6 Urheberrechtsgesetz: „Die Befugnis zur Vervielfältigung zum eigenen Schulgebrauch gilt nicht für Werke, die ihrer Beschaffenheit und Bezeichnung nach zum Schul- oder Unterrichtsgebrauch bestimmt sind.“ Das Schulbuch verwendet Ideen für Unterrichtskonzeptionen (Text und Abbildungen) aus diesen Quellen: M. Hopf, H. Schecker, D. Höttecke, H. Wiesner (Hrsg., 2021). Physikdidaktik kompakt. AulisVerlag in Friedrich Verlag GmbH; H. Schecker, Th. Wilhelm, M. Hopf, R. Duit (Hrsg., 2018). Schülervorstellungen und Physikunterricht. Heidelberg: Springer Spektrum; Th. Wilhelm, H.Schecker & M. Hopf (Hrsg., 2021). Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht. Heidelberg: Springer Spektrum; J.-P. Burde et al. Eine Einführung in die Elektrizitätslehre mit Potenzial und Kontexten (https://www.einfache-elehre.de/epo.php, abgerufen am 07.05.2024); M. Hopf, T. Wilhelm, C. Waltner, V. Tobias, H. Wiesner. Einführung in die Mechanik; E. Hofer, A. Lembens. Forschendes Lernen. plus Lucis (Ausgabe 1/2021); J.-P. Burde, T. Wilhelm. Einfache Stromkreise (Ausgabe 2/2022) Umschlagbild: samsam62 / Getty Images - iStockphoto Illustrationen: Matthias Pflügner, Berlin: S. 7.4; S. 8.3; S. 8.4; S. 9.4; S. 10.5; S. 11.4; S. 12.4; S. 13.4; S. 15.4; S. 19.2; S. 20.2; S. 22.3; S. 23.5; S. 27.2; S. 30.1; S. 30.3; S. 31.1; S. 31.3; S. 32.3; S. 33.4; S. 34.3; S. 35.4; S. 38.2; S. 39.3; S. 40.3; S. 41.3; S. 42.4; S. 44.4; S. 45.4; S. 46.1; S. 47.6; S. 48.5; S. 52.5; S. 55.6; S. 56.4; S. 56.6; S. 57.3; S. 60.2; S. 61.2; S. 63.5; S. 64.3; S. 64.4; S. 65.2; S. 66.1; S. 68.4; S. 70.4; S. 71.2; S. 72.4; S. 73.3; S. 78.4; S. 79.3; S. 80.3; S. 82.5; S. 83.2; S. 86.4 Technische Zeichnungen: Arnold & Domnick, Leipzig: S. 6.6; S. 7.6; S. 7.8; S. 7.10; S. 9.6; S. 14.5; S. 16.1; S. 16.2; S. 18.2; S. 18.3; S. 18.4; S. 19.1; S. 19.3; S. 19.5; S. 19.6; S. 19.7; S. 20.3; S. 20.4; S. 20.5; S. 20.6; S. 20.7; S. 20.8; S. 21.3; S. 21.4; S. 21.5; S. 21.7; S. 21.8; S. 22.2; S. 23.6; S. 24.2; S. 26.1; S. 26.2; S. 27.1; S. 29.4; S. 32.1; S. 32.4; S. 36.1; S. 36.4; S. 36.6; S. 38.1; S. 38.5; S. 39.4; S. 39.5; S. 39.6; S. 40.2; S. 40.4; S. 40.5; S. 41.2; S. 41.4; S. 41.7; S. 42.1; S. 42.5; S. 44.1; S. 44.7; S. 45.2; S. 45.3; S. 45.5; S. 45.6; S. 45.8; S. 46.2; S. 46.5; S. 46.6; S. 47.5; S. 47.7; S. 47.9; S. 48.2; S. 48.4; S. 48.6; S. 48.7; S. 49.1; S. 49.5; S. 50.1; S. 50.2; S. 51.3; S. 51.4; S. 52.2; S. 52.6; S. 53.1; S. 53.3; S. 53.5; S. 53.8; S. 54.2; S. 54.4; S. 54.5; S. 54.7; S. 55.2; S. 55.4; S. 55.5; S. 55.7; S. 56.5; S. 57.1; S. 57.4; S. 58.3; S. 59.1; S. 59.2; S. 59.3; S. 60.6; S. 60.7; S. 61.3; S. 61.7; S. 63.8; S. 65.5; S. 65.6; S. 65.7; S. 66.2; S. 66.3; S. 66.4; S. 66.5; S. 67.1; S. 67.2; S. 68.2; S. 68.6; S. 69.2; S. 70.3; S. 71.1; S. 71.5; S. 72.6; S. 73.2; S. 73.9; S. 74.2; S. 76.1; S. 77.1; S. 78.3; S. 78.6; S. 79.1; S. 79.6; S. 80.4; S. 80.7; S. 81.4; S. 81.6; S. 82.4; S. 82.8; S. 83.9; S. 84.3; S. 84.4; S. 85.2; S. 85.4; S. 86.2; S. 86.5; S. 87.5; S. 87.6; S. 89.2; S. 90.1; S. 90.2; S. 90.3; S. 91.3; S. 94.1; S. 94.2 1. Auflage (Druck 0001) © Österreichischer Bundesverlag Schulbuch GmbH & Co. KG, Wien 2025 www.oebv.at Alle Rechte vorbehalten. Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, gesetzlich verboten. Redaktion: Sandra Nemecek, Wien Herstellung: Harald Waiss, Wien Umschlaggestaltung: Power-Design Thing GmbH, Berlin Layout: Power-Design Thing GmbH, Berlin Satz: Arnold & Domnick, Leipzig Druck: Ferdinand Berger & Söhne Ges.m.b.H., Horn ISBN 978-3-209-12320-6 (Physik verstehen 3, Schulbuch + E-Book) ISBN 978-3-209-12871-3 (Physik verstehen 3, Schulbuch E-Book Solo) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Physik verstehen 3 Christian Mašin Gerald Grois Pia Glaeser www.oebv.at Hol dir die Quiz-App zum Schulbuch im App-Store (iOS) oder Google Play-Store (Android)! Wähle in der App dein Buch aus, gib den Gratis-Code phv3 ein und los geht’s! www.esquirrel.at Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
2 Die Welt, in der wir uns bewegen 1! Wie arbeite ich mit diesem Buch? Liebe Schülerin, lieber Schüler! Im letzten Schuljahr hast du erste Einblicke in die Welt der Physik bekommen. Du hast gelernt, wie du Versuche und Messungen durchführen und dokumentieren kannst. Du hast dich mit der Welt der Akustik und der Optik beschäftigt. Die großen Themen dieses Schuljahres sind Mechanik, Elektrizität und Energie. Du bekommst Einblicke in die Beschreibung von Kräften und Bewegungen, erfährst über den elektrischen Strom und lernst, was die Naturwissenschaft unter Energie versteht. Auf dieser Doppelseite zeigen wir dir, wie das Schulbuch aufgebaut ist. Dein Schulbuch hat vier große Kapitel (zB „Bewegungen und Kräfte“). Jede Doppelseite behandelt ein Thema (zB „Das Tempo gibt die Schnelligkeit an“). 12 13 Bewegungen und Kräfte 2 Arbeitsheftseiten 6–7 Das Tempo gibt die Schnelligkeit an Was verstehen wir unter dem Begriff Tempo? Sunny und Leonora kommen tief atmend zu ihrem Treffen mit Mateo. „Heute war wieder so viel los! Dieser Verkehr!“, meint Sunny verärgert. „Ich hätte lange auf den Bus warten müssen. Daher bin ich lieber den Weg gerannt“, sagt Leonora. „Ich habe gleich den Roller genommen. Damit bin ich gut vorwärtsgekommen.“, grinst Mateo (Abb. 12.1). Wahrscheinlich nimmst du oft den gleichen Weg in die Schule. Gab es schon Tage, wo du auf dem Schulweg schneller oder langsamer warst? Beschreibe, warum du schneller oder langsamer warst. In unserem Alltag sind wir unterschiedlich schnell unterwegs, zB zu Fuß, mit dem Fahrrad, mit dem Auto oder mit öffentlichen Verkehrsmitteln (Abb. 12.2). Den Begriff Tempo verwenden wir, um die Schnelligkeit genauer zu beschreiben. Autos sind zB mit einem höheren Tempo unterwegs als Fußgängerinnen oder Fußgänger. Das Tempo der Luftbälle (Abb. 12.3, Abb. 12.4) a) Probiert unterschiedliche Bälle (höchstens Tennisballgröße) genau 4 Sekunden lang mit dem Luftstrom eines Haartrockners über den Boden zu bewegen. Verändert das Tempo der Bälle durch Änderung der Luftstromstärken oder des Abstands zum Haartrockner. b) Blast die Bälle an einem liegenden Meterstab vorbei. Macht von jedem Ball ein Stroboskopbild mit einer Stroboskop-App. Legt im Physikheft eine Tabelle (Ballart/Luftstromstärke/Weglänge) zu V1 an. Woran erkennt ihr an den Messwerten oder auf euren Fotos den schnellsten oder den langsamsten Ball? Die Einzelbilder in Abb. 12.4 wurden in Zeitabständen von 0,05 Sekunden gemacht. Der Meterstab zeigt Abstände von 0,1 m (= 10 cm) an. Schätze ab, wie viele Meter der Tennisball und der Tischtennisball in einer ganzen Sekunde rollen. Besprecht eure Ergebnisse. In den Stroboskopbildern von V1 erkennst du: Bei höherem Tempo legt der Ball einen längeren Weg in derselben Zeit zurück als bei niedrigerem Tempo. Zum besseren Vergleich wird dabei angegeben, wie viele Meter (m) oder Kilometer (km) in einer bestimmten Zeit, wie zB Sekunde (s) oder Stunde (h), zurückgelegt werden. 12.1 Mit dem Roller hat sich Mateo nicht so abgehetzt wie Sunny und Leonora. A1 12.2 Zu Fuß oder mit der Straßenbahn: Wir legen Wege unterschiedlich schnell zurück. V1 12.3 Das Tempo der Luftbälle A2 A3 Der Begriff Tempo beschreibt die Schnelligkeit von Bewegungen. Das Tempo wird zB in „Meter pro Sekunde“ ( m __ s ) oder in „Kilometer pro Stunde“ ( km __ h ) angegeben. M Infobox: 1 m __ s = 3,6 km __ h Wenn du mit dem Tempo von 1 m __ s unterwegs bist, kommst du in einer Stunde 3,6 km weit. 12.5 Bei der Jagd erreicht der Gepard kurzzeitig ein Tempo von bis zu 110 Kilometer pro Stunde. 12.6 Das Schneckentempo beträgt etwa 3 Meter pro Stunde. 12.4 Das Tempo der Luftbälle – Stroboskopbilder Tennisball Tischtennisball Wie können wir das Tempo messen? Im Sport genügt die gestoppte Zeit, um das beste Laufergebnis zu bestimmen. Die Läuferinnen und Läufer legen dabei dieselbe Weglänge zurück (Abb. 13.1). Wie lange braucht es? (Abb. 13.2) Messt mit einem Maßband eine Weglänge von 1 m ab. Lasst verschiedene Aufziehspielzeuge diese Weglänge entlangfahren. Stellt mit der Stoppuhr am Smartphone fest, wie lange die Spielzeuge benötigen. Bestimmt, welches Spielzeug das schnellste und welches das langsamste war. Bei gleicher Weglänge ist das Aufziehspielzeug am schnellsten, welches am wenigsten Zeit (Sekunden) braucht. Wie weit kommen sie? (Abb. 13.3) Bestimmt mit Maßband und Stoppuhr, wie weit verschiedene Aufziehspielzeuge in 3 Sekunden kommen. Bestimmt, welches Spielzeug das schnellste und welches das langsamste war. Bei gleicher Zeitdauer schafft das schnellste Aufziehspielzeug eine größere Weglänge. Das durchschnittliche Tempo eines Aufziehspielzeugs gibt an, wie viele Meter es in einer Sekunde zurücklegen kann. Berechne das durchschnittliche Tempo der Aufziehspielzeuge aus V2 und V3 nach der Anleitung im Merkkasten. Lisa fährt auf der Autobahn immer 100 km __ h , obwohl das Tempolimit 130 km __ h beträgt. Arbeitet in Gruppen. Recherchiert die Vor- und Nachteile eines niedrigeren Tempos. Denkt dabei auch an den Kraftstoffverbrauch, die Auswirkungen auf die Umwelt und die Sicherheit. Welche Geräte werden für die Tempomessung verwendet? Das Tempo eines Autos wird mit einem Tachometer angezeigt (Abb. 13.4). Bei Verkehrskontrollen werden Radargeräte und Laserpistolen eingesetzt (Abb. 13.5). Dein Lauftempo kannst du mit einer Lauf-App am Smartphone oder einer Smartwatch bestimmen (Abb. 13.6). Hier werden die Informationen aus den GPS-Daten des Smartphones verwendet. 13.1 Das beste Ergebnis von Shelly-Ann Fraser-Pryce beim 100-m-Lauf ist eine Zeit von 10,60 s. V2 13.2 Wie lange braucht es? – Die Zeitdauer V3 13.3 Wie weit kommen sie? – Die Weglänge A4 Zur Berechnung des durchschnittlichen Tempos dividierst du die zurückgelegte Weglänge durch die benötigte Zeitdauer: durchschnittliches Tempo v = Weglänge s : Zeitdauer t kurz: v = s _ t M A5 Messgeräte zur Bestimmung des Tempos sind zB Tachometer, Radargeräte oder GPS-Navigationsgeräte. M Infobox: v für engl. velocity … Geschwindigkeit; s für engl. space … Zwischenraum; t für engl. time … Zeit 13.4 Der Tachometer eines Autos 13.5 Die Polizei misst das Tempo mit Laserpistolen. 13.6 Die Smartwatch misst das aktuelle Lauftempo. Zusatzmaterial a4u8vh Christian Mašin, Pia Glaeser, Gerald Grois Erklärungen zu den Ergebnissen der Versuche und weitere Inhalte findest du im Text. Infoboxen liefern zusätzliche Informationen oder wiederholen wichtige Begriffe. Jedes Thema ist durch Fragen gegliedert. Physikerinnen und Physiker stellen Fragen an die Natur und versuchen, sie durch Versuche und logisches Denken zu beantworten. Versuche helfen beim Beantworten der Fragen an die Natur. Die Versuche sind oft einfach durchzuführen, ob im Unterricht oder zu Hause. Physik ohne Versuche funktioniert nicht! Versuche für Lehrerinnen und Lehrer sind mit LV gekennzeichnet. Arbeitsaufgaben fordern dich auf, über zB deine Versuche nachzudenken, sie festzuhalten, auszuwerten oder zu deuten. Manchmal ist es notwendig, Informationen zu suchen, die nicht in deinem Schulbuch stehen. Hier findest du Verweise auf das Arbeitsheft oder auf digitales Zusatzmaterial. Merktexte fassen die Informationen kurz zusammen. So weißt du, was wichtig ist. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
3 16 17 Bewegungen und Kräfte Das kann ich! 2 A1 Flugzeuge über Österreich Welche Flüge (A, B, C, D, E) sind hier beschrieben? Zeichne die Geschwindigkeitspfeile der einzelnen Flugzeuge ein. (1 cm entspricht 200 km __ h ) Flug fliegt mit 800 km __ h in den Norden. Flug fliegt nach Südwesten mit 600 km __ h . In nordöstliche Richtung fliegt Flug mit 300 km __ h . Flug fliegt nach Nordwesten mit 500 km __ h und Flug in die Gegenrichtung halb so schnell wie B. A2 Zeichne die Geschwindigkeiten der drei Bälle mit Pfeilen ein. Du wählst das Tempo und die Richtung der Bälle selbst aus. a) Die Bälle haben die gleiche Bewegungsrichtung, aber unterschiedliche Geschwindigkeiten → v . b) Die Bälle haben das gleiche Tempo v, aber unterschiedliche Geschwindigkeiten → v . A3 Hier siehst du das Stroboskopbild eines rollenden Tennisballs. Die Einzelbilder wurden in Zeitabständen von 0,05 Sekunden gemacht. a) Der Ball rollt von rechts nach links dem Meterstab entlang. Beschreibe seine Bewegung. b) Die zurückgelegte Strecke von Position A zur Position B beträgt etwa . Das durchschnittliche Tempo des Balls von A nach B beträgt v = s : t = : m __ s = m __ s . Die zurückgelegte Strecke von Position C zur Position D beträgt etwa . Das durchschnittliche Tempo des Balls von C nach D beträgt v = s : t = : m __ s = m __ s . Die zurückgelegte Strecke von Position A zur Position D beträgt etwa . Diese Strecke wurde in einer Zeit von zurückgelegt. Das durchschnittliche Tempo des Balls von A nach D beträgt v = s : t = : m __ s = m __ s . D E A C B N S O W 0,1 m 0,1 m 0,1 m 0,1 m 0,1 m 0,1 m D C B A A4 Dragan hat kein Problem damit, sich in der Großstadt zu orientieren. Er hat immer sein Smartphone bei sich. Wenn er das Ziel nicht kennt, gibt er die Adresse in den Routenplaner ein. Die GPS-Navigation zeigt ihm dann den richtigen Weg. Doch heute hat er vergessen, sein Smartphone aufzuladen und findet daher seinen Weg nicht. Ist die häufige Verwendung des Routenplaners schuld an Dragans Orientierungslosigkeit? Notiere eine Antwort auf diese Frage. Überlege: Welche anderen Möglichkeiten gäbe es, sich in einer Großstadt zurechtzufinden? Notiere Stichworte. A5 Beim Niesen erreicht der Luftstrom ein Tempo von etwa 160 km __ h , beim Husten ein Tempo von bis zu 1 000 km __ h . Weshalb ist es sinnvoll, in die Armbeuge zu niesen oder zu husten? Schreibe eine Antwort auf diese Frage in dein Physikheft. Hoch gesprungen Wenn du jemanden beobachtest, der aus dem Stand hochspringt, so können deine Augen die Abläufe der Bewegungen nur schwer erkennen. Bei der Erfassung von Bewegungen mit „Motion Capture“ werden Markierungen auf dem Körper angebracht. Dadurch können sie auf einer Fotoabfolge besser verfolgt werden. Entwickelt in der Gruppe einen Versuch, mit dem ihr die Bewegungen beim Hochspringen aus dem Stand festhalten könnt. Plant euren Versuch und beschreibt eure Vorgangsweise in einem Protokoll. Führt den Versuch durch, haltet eure Beobachtungen fest und wertet eure Ergebnisse aus. Wenn ihr mit euren Ergebnissen nicht zufrieden seid, dann ändert euren Versuch und führt ihn erneut durch. Präsentiert eure Ergebnisse der Klasse. Achtet bei der Planung, Durchführung, Auswertung und Präsentation eures Versuchs auf die Fähigkeiten der Personen eurer Gruppe. Welches Tempo erreiche ich? Material: Smartphone mit Schrittzähler-App und Stoppuhr, Fortbewegungsmittel (Fahrrad, Roller, Skateboard …), Physikheft zum Notieren der Messergebnisse Führt diesen Versuch zB auf einer Laufbahn durch. Messt mithilfe der Schrittzähler-App auf dem Smartphone eine Weglänge von 100 m ab. Fahrt diese Weglänge mit einem Fahrrad, Roller, Skateboard … entlang. Ihr könnt die Weglänge auch gehen, laufen, hüpfen … Dabei wird die Zeitdauer in Sekunden gestoppt. Berechnet das durchschnittliche Tempo v (in Meter/Sekunde) = Weglänge s (in Meter) : Zeitdauer t (in Sekunden). Gebt das errechnete Tempo auch in km __ h an (· 3,6). A6 Auf der Urlaubsfahrt: „Bis zum Ziel sind es noch 400 km. Es dauert 5 Stunden, bis wir am Ziel ankommen. Dazu müssen wir aber durchschnittlich 60 km __ h , 80 km __ h , 90 km __ h , 100 km __ h fahren. Jetzt fahren wir gerade 120 km __ h . Die nächste Raststation ist 60 km entfernt. Wenn wir so schnell weiterfahren können, dauert es bis dorthin noch 15 min, 20 min, 30 min, 45 min, 1 h. Fahren wir mit diesem Tempo aber 1,5 Stunden lang, dann kommen wir sogar bis zur übernächsten Raststation. Diese ist etwa 140 km, 160 km, 180 km, 200 km, 220 km entfernt.“ V1 V2 Alle Aufgaben in diesem Buch sind mit einem dreieckigen Zeichen markiert. Damit weißt du auf einen Blick, um welche Aufgabenart es sich handelt. Wenn du die Aufgaben löst, kannst du selbst überprüfen, was du gut beherrschst und wobei du dir noch schwertust. Aufgaben mit diesem Zeichen helfen dir, dein Fachwissen anzuwenden, zu erweitern und zu kommunizieren. Bei diesen Aufgaben sollst du Vermutungen aufstellen und Versuche planen, durchführen, festhalten und auswerten. Diese Aufgaben fordern dich auf, dir eine eigene fachlich begründete Meinung zu bilden, neue Informationen kritisch zu bewerten und verantwortungsbewusste Entscheidungen zu treffen. Am Ende eines Abschnittes findest du eine Doppelseite „Das kann ich!“ Diese Seiten helfen dir, den Lernstoff zu wiederholen und zu üben. Du kannst auch Neues zu den einzelnen Inhalten erforschen und entdecken. 28 29 Bewegungen und Kräfte 2 Was bedeutet der Begriff „Beharrungsprinzip“? Willst du einen Körper in Bewegung versetzen, stoppen oder seine Richtung ändern, so musst du eine Kraft auf ihn ausüben. Wenn keine Kraft auf den Körper ausgeübt wird, so erhält er auch keine Zusatzgeschwindigkeit. Erkläre diese Aussage mit der Newtonschen Bewegungsgleichung. Schreibe einen kurzen Text dazu in dein Physikheft. Diese Missgeschicke sind eine Folge des Beharrungsprinzips: A1 Das Beharrungsprinzip: Jeder Körper behält seine Geschwindigkeit (sein Tempo und seine Richtung) bei, wenn keine zusätzliche Kraft auf ihn wirkt. M 28.1 Eine Kraft wirkt auf das Servierbrett, aber nicht auf die Flüssigkeiten in den Gefäßen – Die Flüssigkeiten schwappen über. 28.2 Eine Kraft wirkt auf die Griffe der Tasche, aber nicht auf ihren Inhalt – Die Tasche reißt. Aus der Ruhe gebracht Drei gleich große Kugeln liegen auf dem Tisch. Sie rollen nicht weg, weil sie durch die Reibungskraft ( Seite 33) auf dem Tisch haften. Astrid möchte feststellen, welche dieser drei Kugeln die größte Masse hat. Sie pustet dazu die Kugeln an. Weshalb kann Astrid durch Anpusten die Kugeln voneinander unterscheiden? Erkläre mithilfe der Newtonschen Bewegungsgleichung. V1 A2 Das Beharrungsprinzip – ein Sonderfall der Newtonschen Bewegungsgleichung Physik im Alltag Wobei kannst du das Beharrungsprinzip beobachten? Viele Geschicklichkeitstricks verhindern durch schnelle Bewegungen, dass eine Kraft auf einen stehenden Körper einwirken kann. Probiere die drei folgenden Tricks aus. Arbeitsheftseiten 16–17 Stift steh‘ Stelle einen dicken Faserschreiber (Plakatstift) aufrecht auf das Ende eines Papierstreifens. Wie kannst du den Papierstreifen wegziehen, ohne dass der Stift umfällt? Beachte den Tipp auf dem Bild. V2 Der Turm wird kleiner Staple etwa fünf glatte Bauklötze zu einem Turm übereinander. Kannst du mit einem Stift den untersten Klotz wegschlagen, ohne dass der Turm umfällt? Gelingt dir das gut, so kannst du ein kleines Glas mit Wasser auf den obersten Klotz stellen. Das erhöht die Spannung. V3 Sicher ins Glas Fülle ein Trinkglas zu Dreiviertel mit Wasser oder mit Watte. Setze eine Spielkarte, den äußeren Teil einer Streichholzschachtel und ein rohes Ei darauf. Beachte den Aufbau im Bild. Wie kannst du das Ei ins Glas fallen lassen, ohne es zu berühren? V4 Wie wirkt das Beharrungsprinzip im Straßenverkehr? Im Straßenverkehr ändern sich Geschwindigkeiten ständig. Du wirst schneller beim Losfahren eines Fahrzeugs und änderst in Kurven die Bewegungsrichtung. Vor Ampeln und Kreuzungen musst du abbremsen oder stoppen. Befindest du dich in einem Fahrzeug, so kommt es dir während der Fahrt vor, als wärst du in Ruhe. Bei plötzlichen Änderungen der Bewegung des Fahrzeugs merkst du, dass du dich eigentlich mit seiner Geschwindigkeit mitbewegst. Das kann zu Unfällen und Verletzungen führen. Folgende Maßnahmen können dich im Straßenverkehr schützen: • In öffentlichen Verkehrsmitteln findest du Haltegriffe und Halteschlaufen. Nutze sie für sicheren Halt bei zB Geschwindigkeitsänderungen (Abb. 29.1). • Viele Fahrzeuge haben Sicherheitsgurte, Kopfstützen und Airbags. • Spanngurte verhindern, dass schwere Lasten im Fahrzeug verrutschen. Auf Dachträgern können sperrige Lasten transportiert werden (Abb. 29.2). • Lege auch leichte Gegenstände (zB Flaschen) nicht auf Ablagen. Sie könnten sich bei Notbremsungen gefährlich schnell bewegen. • Fahrzeuge können nicht sofort stehenbleiben. Schau daher vor und während des Überquerens der Straße, ob ein Fahrzeug kommt. 29.1 Verwende die Haltegriffe in öffentlichen Verkehrsmitteln. 29.2 Die Fahrräder sind gut gesichert und befestigt. Wie wirkt das Beharrungsprinzip bei Richtungsänderungen? Auf einer Kreisbahn erhält ein Körper durch die Einwirkung einer Kraft eine Zusatzgeschwindigkeit zur Mitte der Kreisbahn. Beim Schleudern in V5 ist das die Kraft, die durch die Schnüre auf den Untersetzer übertragen wird. Fehlt diese Kraft, so bewegt sich der Körper geradeaus weiter. Das kannst du zB beobachten, wenn kleine Metallstücke glühend von einer Trennscheibe wegspritzen (Abb. 29.3). Beim Kurvenfahren eines Fahrzeugs ist die Haftung der Reifen auf der Straße dafür verantwortlich ( Reibungskraft, Seite 33). Bei manchen handwerklichen Tätigkeiten werden durch drehende Scheiben, Seile, Messer … kleine Stücke weggeschleudert (Abb. 29.3). Überlegt Maßnahmen, die beim Arbeiten mit zB Trennscheiben, Rasenmähern, Kreissägen … wichtig sind, um sich selbst zu schützen. A6 29.3 Funkenflug beim Arbeiten mit einer Trennscheibe 29.4 Hier ist die Kraft, die den LKW in der Kurve hält, zu gering. Fatima und Dora stehen in der U Bahn (Abb. 29.1). Als sich Fatima kurz nicht anhält, bremst die U Bahn stark. Fatima fällt beinahe um. „Auf einmal hat mich eine starke Kraft fast umgerissen!“, meint sie. Schreibe eine Erklärung an Fatima, weshalb sie beim heftigen Bremsen der U Bahn fast umgefallen wäre. A3 Isabellas Onkel ist Taxifahrer. Sie bemerkt, dass er sich beim Autofahren nicht anschnallt und spricht ihn darauf an. „Ich brauch mich nicht anschnallen.“, meint Isabellas Onkel. „Erstens bin ich kräftig genug und kann mich am Lenkrad gut abstützen. Zweitens darf ich im Ortsgebiet eh nur 50 km __ h fahren. Und drittens stört mich der Gurt.“ Schreibe eine Nachricht an Isabella, wie sie ihren Onkel davon überzeugen kann, sich anzuschnallen. A4 Die Wasserschleuder Befestige einen Blumentopfuntersetzer aus Kunststoff an drei festen, 1 m langen Schnüren. Verknote die Schnüre am Ende miteinander. Stelle einen Becher mit gefärbtem Wasser auf den Untersetzer. Halte die Schnüre am Ende und schwinge deine „Schleuder“ hin und her. Erkläre, weshalb das Wasser verschüttet wird, wenn du zB an der Wand anstößt. V5 A5 Film a3r2bt Film a3i9qy Die Sonderseiten „Physik im Alltag“ bringen dir Gegenstände und Vorgänge des täglichen Lebens näher. Android iOS QuickMedia App 1. Scanne den QR-Code und lade die App auf dein Smartphone oder Tablet. 2. Scanne deinen Buchumschlag oder wähle dein Schulbuch in der App- Medienliste aus. 3. Scanne eine mit gekennzeichnete Buchseite oder wähle zB ein Video aus der App-Medienliste aus. 4. Spiele das Video ab. www.oebv.at 1. Webseite aufrufen Im Schulbuch eingedruckter Code kostenloses Zusatzmaterial Ó Zusatzmaterial a4u8vh • zahlreiche Arbeitsblätter • Versuchsfilme • Animationen Online-Code/Fach/ISBN 2. Gib den Code in das Suchfeld ein. Digitales Zusatzmaterial Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
4 1I Physik in unserem Leben Wie wir die Welt erforschen 6 Vom Experimentieren, Beobachten und Dokumentieren 8 Bewegungen und Kräfte Wir beschreiben Bewegungen 10 Das Tempo gibt die Schnelligkeit an 12 Tempo und Richtung bestimmen die Geschwindigkeit 14 Das kann ich! 16 Wenn sich die Geschwindigkeit ändert 18 Schneller und langsamer werden 20 Kräfte ändern Bewegungen 22 Physik im Alltag: Die Newtonsche Bewegungsgleichung im Verkehr und im Sport 24 Das kann ich! 26 Physik im Alltag: Das Beharrungsprinzip – ein Sonderfall der Newtonschen Bewegungsgleichung 28 Das Prinzip der Wechselwirkung 30 Kräfte im Alltag – Gravitationskraft und Reibungskräfte 32 Kräfte im Alltag – magnetische und elektrische Kraft 34 Das kann ich! 36 Elektrizität und Magnetismus Atome – elektrische Ladungen im Teilchenmodell 38 Die Spannung – ein elektrischer Druckunterschied 40 Physik im Alltag: Elektrische Druckunterschiede durch elektrische Spannungsquellen 42 Einfache Stromkreise 44 Die elektrische Stromstärke – ein Strömen der Elektronen 46 Der Widerstand beeinflusst den Elektronenstrom 48 Das kann ich! 50 Wirkungen des Elektronenstroms 52 Parallelschaltung und Reihenschaltung 54 4.3 Durch stromleitende Materialien können sich Elektronen bewegen. 4.2 Maschinen können Kräfte verstärken und Energie nutzbar machen. 4.1 Mit Stroboskop-Aufnahmen können wir Bewegungen beobachten. 1 2 3 Inhaltsverzeichnis Christian Mašin Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
5 Gefahren des elektrischen Stroms 56 Das kann ich! 58 Felder beschreiben Kräfte mit Fernwirkung 60 Die Modellvorstellung der Magnete 62 Der Stromfluss führt zu Magnetfeldern 64 Das kann ich! 66 Ohne Energie geht nichts Energie – die Fähigkeit etwas zu bewirken 68 Mechanische Energieformen 70 Elektrische Energie im Haushalt 72 Physik im Alltag: Verantwortungsvolle Nutzung von elektrischer Energie 74 Das kann ich! 76 Elektromotoren – Bewegung durch Elektrizität 78 Induktion – Spannung durch veränderliche Magnetfelder 80 Energieübertragung durch Induktion 82 Physik im Alltag: Kraftwerke betreiben Generatoren 84 Physik im Alltag: Elektrische Geräte im Alltag 86 Physik im Alltag: Mobiltelefon und Smartphone 88 Das kann ich! 90 Maßeinheiten in unserem Alltag 92 Vorsilben für Maßeinheiten, Vorsilben am Beispiel der Längenmaße 93 Der Farbcode für Festwiderstände, Schaltsymbole 94 Register 95 5.3 Solarzellen wandeln Lichtenergie in elektrische Energie um. 5.2 Hochspannung führt zu Funkenüberschlägen und starken elektrischen Feldern. 5.1 Die Kompassnadel orientiert sich am Magnetfeld der Erde. 4 5.4 Elektrische Energie kann auch kabellos übertragen werden. 5.5 Hochspannungsleitungen transportieren den Strom. Gerald Grois und Pia Glaeser Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
6 1 Wie wir die Welt erforschen Physik in unserem Leben Warum erforschen Menschen die Naturwissenschaften? „Schon als Kind war ich immer neugierig und oft draußen in der Natur. Im Rahmen kleiner Projekte beschäftigte ich mich schon damals mit dem Planen und Bauen. Am liebsten habe ich Versteck- und Baumhäuser errichtet und meinem Vater beim Hausbauen und Gartengestalten geholfen.“, meint Azra Korjenic (Abb. 6.1). Sie ist Professorin für „Ökologische Bautechnologien“ an der Technischen Universität Wien. „Von der Natur zu lernen und mit der Natur die gebaute Umwelt zu gestalten sind meine Aufgaben. Mein Ziel ist es, das Bauen interessanter, gesünder und umweltschonender zu machen. Dazu gehört zB auch die Planung für die Begrünung von Wänden oder Häusern (Abb. 6.2, Abb. 6.3). An der Wand wachsende Pflanzen innen und außen an einem Gebäude verbessern das Wohlbefinden, tragen zur Schönheit des Gebäudes bei und bieten eine gesunde und angenehme Lebensumgebung für Menschen.“ Überlegt in Gruppen: Was muss man bei der Begrünung von Wänden in zB Wohnungen beachten? Was muss man bei der Begrünung von Häusern in dicht bebauten Städten berücksichtigen? Welche Herausforderungen gibt es bei der Pflege der Pflanzen? Besprecht eure Überlegungen gemeinsam in der Klasse. „Ich war immer sehr neugierig und wollte wissen, wie alles funktioniert.“ Der Physiker Anton Zeilinger hat schon als Kind neugierig Dinge in ihre einzelnen Teile zerlegt (Abb. 6.4). Das Zusammenbauen und Verwenden dieser Dinge interessierte ihn nicht so sehr. In seiner wissenschaftlichen Arbeit beschäftigte er sich mit sogenannten „verschränkten Photonen“. Das sind zwei Lichtteilchen, die miteinander verbunden sind. Dabei bestätigte er experimentell, dass Messungen an einem Photon auch das andere beeinflussen, egal wie weit die Lichtteilchen voneinander entfernt sind. Der praktische Nutzen seiner Forschung war Anton Zeilinger dabei nicht so wichtig. Im Jahr 2022 erhielt Anton Zeilinger für seine Forschungen zu verschränkten Lichtteilchen den Nobelpreis für Physik. Heute beschäftigen sich Forschungsteams auf der ganzen Welt mit seinen Erkenntnissen. Vielleicht können wir damit in Zukunft mit neuen Computern Informationen schneller verarbeiten (Abb. 6.5). Was können die Naturwissenschaften zur Gestaltung unserer Zukunft beitragen? Welche Bedeutung haben sie und welche Chancen ergeben sich dadurch? Sammelt eure Ideen in Gruppen. Gestaltet anschließend eine Mindmap für das Physikheft (Abb. 6.6). 6.1 Azra Korjenic 6.2 Frau Korjenic stellt einer Schulklasse die Begrünung von Wänden vor. 6.3 Die Begrünung von Häusern verbessert zB die Luft in Städten. A1 A2 6.4 Anton Zeilinger 6.5 Können wir in Zukunft Informationen schneller verarbeiten? Umweltschutz Informationstechnologie Naturwissenschaften gestalten die Zukunft Energieversorgung Lebensqualität ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 6.6 So könnte der Beginn eurer Mindmap aussehen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
7 Was sind Phänomene, Naturgesetze, Hypothesen und Theorien? Hannah und Julian sitzen im Park und beobachten Blätter, die vom Baum fallen. „Fällt eigentlich immer alles auf den Boden?“, fragt Hannah. „Ich denke schon.“, sagt Julian (Abb. 7.1). „Und warum fällt das Blatt so langsam und ein abgebrochener Ast viel schneller?“, will Hannah wissen. „Vielleicht, weil der Ast schwerer ist? Aber so genau weiß ich das nicht.“ Im Alltag beobachtest du oft Phänomene (Ereignisse), die immer gleich ablaufen: Blätter fallen langsamer vom Baum als Äste. Die heiße Suppe im Teller kühlt aus. Im Schatten ist es kühler als im Sonnenlicht. Naturgesetze beschreiben diese regelmäßig vorkommenden Phänomene. Sie gelten immer und überall und können nicht verändert werden. Naturgesetze liefern aber keine Erklärung. Julian vermutet, dass Blätter langsamer fallen, weil sie leichter sind als ein Ast. Diese Vermutung ist eine „Hypothese“ (Abb. 7.2). Doch wie kann diese Vermutung überprüft werden? Hannah hat eine Idee. Sie nimmt ein Stück Papier und zerreißt es in zwei unterschiedlich große Teile. Dann nimmt sie noch zwei gleich große und daher gleich schwere Papierstücke heraus. „Damit können wir überprüfen, ob deine Vermutung stimmt!“, meint Hannah. Hannah und Julian machen mit den Papierstücken zwei Experimente (Versuche). Sie finden heraus, dass Julians Vermutung nicht stimmt. Sie haben mit den Experimenten seine Hypothese widerlegt. Welche zwei Experimente haben sie durchgeführt? Wenn Blätter fallen (Abb. 7.3) Arbeitet in Gruppen. Plant zwei Versuche, mit denen ihr Julians Hypothese widerlegen könnt. Haltet eure Ergebnisse schriftlich fest. a) Wie könnt ihr mit zwei ungleichen Papierstücken widerlegen, dass Gegenstände mit größerer Masse schneller fallen? b) Wie könnt ihr mit zwei gleich großen Papierstücken widerlegen, dass Gegenstände mit größerer Masse schneller fallen? Experimente sind häufig kreativ gestaltet und müssen oft verändert werden. Nur so können sie Hypothesen widerlegen oder bestätigen. Eine „Theorie“ erklärt Phänomene mit Hypothesen, die oft bestätigt und niemals widerlegt wurden. Aber auch eine Theorie ist nicht für alle Zeiten verlässlich. Manchmal passen die Erkenntnisse eines Experiments nicht zu den Aussagen einer Theorie. Forscherinnen und Forscher müssen dann die neuen Erkenntnisse einbauen und die Theorie verändern. 7.1 Dinge fallen zu Boden – Diese Beobachtung ist ein Phänomen in der Natur. 7.2 „Blätter fallen langsam, weil sie leicht sind.“ Ist diese Hypothese richtig? V1 7.3 Wenn Blätter fallen – Wie könnt ihr mit diesen Papierstücken Julians Hypothese widerlegen? Überlegt zwei Versuche und führt diese durch. a) b) In der Natur beobachtest du verschiedene Phänomene (Ereignisse). Naturgesetze beschreiben regelmäßig vorkommende Phänomene. Hypothesen sind Vermutungen, mit denen du Phänomene erklären willst. Mit Experimenten kannst du Hypothesen bestätigen oder widerlegen. Theorien enthalten Hypothesen, die besonders oft bestätigt wurden. M 1609 Galileis Fallgesetz 7.4 Galileo Galilei überprüfte die „Fallgesetze“ mit rollenden Kugeln. 1687 Newtons Gravitationstheorie 7.5 Isaac Newton erklärte das Fallen in seiner „Gravitationstheorie“. 1905/15 Einsteins Relativitätstheorie 7.6 Albert Einstein verbesserte Newtons „Gravitationstheorie“ in seiner „Relativitätstheorie“. Infobox: Blätter fallen langsam, weil sie von der Luft behindert werden. Ohne Luft würden sie so schnell wie ein Ast oder ein Stein fallen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
8 1 Vom Experimentieren, Beobachten und Dokumentieren Wie führen wir Experimente (Versuche) durch? Mit Experimenten wollen wir Informationen erhalten. Oft ist es dabei wichtig, Messungen oder Zählungen durchzuführen (Abb. 8.1). Ein Protokoll hält den Aufbau, den Ablauf und die Ergebnisse eines Experiments fest. Auch die Umweltbedingungen, wie zB die Zimmertemperatur, sollten festgehalten werden. Nur so können Experimente durch andere Personen nachvollzogen und wiederholt werden. Mithilfe der Sprache der Mathematik – zB Gleichungen – können die Versuchsergebnisse oft beschrieben werden. Wenn ihr Experimente in Gruppen durchführt, dann unterstützt euch gegenseitig und helft einander. Wenn du dich gut auskennst, dann teile dein Wissen mit anderen. So verstehst du ein Thema noch besser und deine Mitschülerinnen und Mitschüler können von dir lernen. Die Atemluft (Abb. 8.2) Material: 5-Liter-Kanister, Schlauch, Wasserwanne, Stoppuhr, Wasser Forschungsauftrag: Wie könnt ihr mit diesem Material feststellen, wie viel Liter Luft ein Mensch pro Stunde ausatmet? Arbeitet in Gruppen. Schreibt zu diesem Forschungsauftrag ein Protokoll in das Physikheft. Verwendet dafür die Anleitung im Merktext. Wie könnte die Versuchsanordnung aussehen? Zeichnet eine Skizze. In deinem Schulbuch findest du vier Arten von Versuchen: a) Der vollständig angeleitete Versuch: Bei diesem Versuch kennst du das Material. Du kannst in der Anleitung lesen, was du damit machst. Die Erklärung ist vorgegeben. Mit vollständig angeleiteten Versuchen kannst du bereits bekannte Erkenntnisse nachvollziehen und erlernen. b) Beschreibe das Ergebnis eines vorgegebenen Versuchs: Du kennst das Material und kannst die Durchführung in der Anleitung lesen. Mit deinem Vorwissen versuchst du, das Ergebnis zu erklären. c) Entwickle einen Versuch, wenn der Forschungsauftrag und das Material bekannt sind: Du kennst den Forschungsauftrag. Kannst du mit dem vorgegebenen Material einen Versuch durchführen? Du musst den Versuch gut planen und während der Durchführung genau beobachten. Kannst du den Forschungsauftrag beantworten? d) Entwickle eigene Versuche zu einem vorgegebenen Thema: Du kennst das Thema. Welchen Forschungsauftrag soll dein Versuch beantworten? Welches Material wirst du benötigen? Sei kreativ und entwickle deinen eigenen Versuch. Plane ihn gut. Sei kritisch: Hat dein Versuch zu deinem Forschungsauftrag gepasst? 8.1 Messungen sind bei Experimenten oft wichtig. Kennst du diese Messgeräte? V1 8.2 Die Atemluft – das Material A1 Ein Protokoll beinhaltet folgende Punkte: • Einen aussagekräftigen Titel: Er soll den Forschungsauftrag kurz zusammenfassen. • Auf der Materialliste notierst du alles, was du für den Versuch brauchst. Dazu gehören auch zB Schutzbrille, Haargummi … • Schreibe eine Anleitung zur Durchführung des Versuchs. Sie gibt an, was mit dem Material gemacht wird. • Eine Versuchsskizze zeigt, wie die Durchführung oder das Ergebnis aussehen soll (Abb. 8.3). Du kannst auch Fotos und Videos machen. • In der Erklärung beschreibst du das Ergebnis des Versuchs. Du wertest Beobachtungen aus und versuchst die Ergebnisse zu deuten. M 8.3 Die Atemluft – Gloria, Marie und Klaus haben je eine Skizze gezeichnet. Sind alle Anordnungen durchführbar? Infobox: In körperlicher Ruhe atmest du bei jedem Atemzug etwa 500 ml Luft ein und aus. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
9 Physik in unserem Leben Wie können wir Experimente aussagekräftig gestalten? Boris und Jan diskutieren nach der Turnstunde: „Du reagierst voll langsam! Du hast dich sofort abschießen lassen!“ „Ja, aber nur, weil du mich abgelenkt hast!“, meint Jan. Er hat eine Idee: „Wir könnten in der ganzen Klasse austesten, wer schnell oder langsam reagiert. Dann könnten wir auch untersuchen, ob man bei Ablenkung wirklich langsamer reagiert.“ Ein Reaktionstest (Abb. 9.1, Abb. 9.2) Eine Person hält ein 30-cm-Lineal. Die Nullmarke befindet sich unten. Eine zweite Person – die Testperson – hält die geöffnete Hand zur Nullmarke, ohne das Lineal zu berühren. Die Hand ist etwa 5 cm weit geöffnet. Nach einiger Zeit lässt die erste Person das Lineal los. Die Testperson soll so schnell wie möglich das fallende Lineal schnappen. An der Skala des Lineals kann abgelesen werden, wie weit das Lineal gefallen ist. Boris ist unzufrieden: „Beim Zuschnappen sind ein paar Personen mit der Hand nach unten gegangen! Das ist unfair!“ Verändere den Versuch so, dass er ein faires Ergebnis liefert. Notiere deine veränderten Versuchsbedingungen. Jenny macht Notizen auf ein Blatt Papier. „Ich habe unsere Messwerte als Strichliste aufgeschrieben. So können wir uns das Versuchsergebnis besser merken!“ (Abb. 9.3). Jenny hat die Skala des Lineals bei ihrer Strichliste in 5-cm-Schritte eingeteilt. Beschreibe, was dabei unklar geblieben ist. „Wir könnten aus der Strichliste ein Diagramm erstellen.“, meldet sich Alexej zu Wort. „So können wir das Ergebnis besser sehen.“ Er fängt zu zeichnen an. Waagrecht trägt er die cm-Bereiche des Lineals ein. Senkrecht ergänzt er die Anzahl der Testpersonen. „Wir sind 25 in der Klasse. Da reichen 25 cm nach oben. Waagrecht gehen sich aber die 30 cm vom Lineal nicht aus.“ „Warte, ich helfe dir“, meint Jenny. Betrachte das Diagramm in Abb. 9.4. Jenny hat Alexej Tipps gegeben. Erkläre, wie Alexej sein Problem gelöst hat. Führt den Versuch mehrere Male durch. Ändert sich das Ergebnis? Wie ändert sich das Versuchsergebnis, wenn die Versuchsperson zB durch ein Video abgelenkt wird? Haltet eure Messwerte schriftlich fest. Ihr könnt dafür auch ein Computerprogramm verwenden. V2 9.1 Ein Reaktionstest – So hält die Testperson die Hand zu Beginn des Versuchs. 9.2 Ein Reaktionstest – Messung A2 9.3 Jenny hat die Messwerte als Strichliste festgehalten. A3 Infobox: Durch Beobachtung und Messung gewonnene (Zahlen)werte werden in der Naturwissenschaft als „Daten“ bezeichnet. A4 A5 Bei wissenschaftlichen Experimenten werden Messungen durchgeführt, Daten erfasst und diese zB in Diagrammen anschaulich dargestellt. M 9.4 Mit einem Säulendiagramm kann das Ergebnis gut erfasst werden. Säulendiagramm Balkendiagramm Kreisdiagramm Liniendiagramm 9.5 Welche dieser Diagrammarten eignen sich zur Darstellung von V2 am besten? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
10 Arbeitsheftseiten 4–5 Wir beschreiben Bewegungen Bewegungen und Kräfte 2 Wer oder was bewegt sich wie? Paula und Denny sind auf dem Weg zum Sportplatz. Sie kommen am Skatepark vorbei und bleiben kurz stehen. Ein Junge übt Skateboard-Tricks (Abb. 10.1). „Schau, der springt über die Schanze!“, ruft Denny. Kannst du den Sprung des Skaters in Abb. 10.1 beschreiben? Versuche zu erklären, wie sich der Skater und sein Skateboard bewegen. Um Bewegungsabläufe anzugeben, müsst ihr genaue Anweisungen machen. Genaue Anweisungen sind in allen Naturwissenschaften und daher auch in der Physik sehr wichtig (Abb. 10.2). Nur so können Forscherinnen und Forscher auf der ganzen Welt zB Versuche wiederholen und zu den gleichen Ergebnissen kommen. Dadurch können sie Theorien ( Seite 7) überprüfen und neue Erkenntnisse gewinnen. Die folgenden Versuche zeigen, wie wichtig genaue Anweisungen sind. Bleib auf deiner Bahn (Abb. 10.3) Material: Kreppband, Tisch, Tuch, Tennisball, Kochlöffel, Kübel, Smartphone Klebe eine Bahn mit Kreppband auf den Tisch. Verbinde deine Augen mit dem Tuch. Du sollst den Tennisball mit verbundenen Augen möglichst schnell mit dem Kochlöffel über die Bahn bewegen. Zum Schluss soll der Tennisball im Kübel auf dem Boden landen. Eine zweite Person gibt dir Anweisungen. Die Zeit wird gestoppt. Eine Runde im Blindflug (Abb. 10.4) Zeichnet auf ein großes Blatt Papier eine etwa 30 cm breite Rennbahn ohne Anfang und Ende. Markiert eine Startlinie. Eine Person sitzt mit dem Rücken zur Rennbahn. Sie steuert ein ferngesteuertes Auto einmal durch die Rennbahn. Eine zweite Person gibt ihr Anweisungen. Eine dritte Person stoppt die Zeit. Wer schafft die Runde am schnellsten, ohne Fehler zu machen? Welche Anweisungen waren bei V1 und V2 hilfreich, welche störend? Schreibt eure Eindrücke zunächst in der Gruppe auf ein Notizblatt. Vergleicht dann eure Notizen mit den anderen Gruppen. 10.1 Der junge Skater übt einen Sprung über das Hindernis. A1 10.2 Genaue Anweisungen sind in allen Naturwissenschaften sehr wichtig. V1 10.3 Bleib auf deiner Bahn V2 10.4 Eine Runde im Blindflug A2 Folgendes ist beim Beschreiben von Bewegungen wichtig: • Wer oder was bewegt sich? • Die Art der Bewegung: zB Rollen, Fahren, Gehen … • Wie schnell ist die Bewegung? • In welche Richtung erfolgt die Bewegung? M Infobox: Viele Smartphones haben einen GPS-Empfänger (GPS … Global Positioning System). Damit kann die Position durch Signale von Satelliten aus dem Weltall auf 10 m genau bestimmt werden. 10.5 Ein GPS-Navigationsgerät gibt genaue Weganweisungen. 10.6 Bewegungsänderung: Ein Hubschrauber hebt ab und fliegt los. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
11 Wie kannst du den Weg einer Bewegung beschreiben? Nóra und ihr Bruder Gabor unterhalten sich: „Warum bist du in der Früh immer später als ich in der Schule? Wir gehen doch zur selben Zeit weg (Abb. 11.1)!“ Dein Weg zur Schule – eine Wegbeschreibung Schreibe deinen Schulweg ins Physikheft. Wie lange brauchst du für die einzelnen Streckenteile? Welche Arten der Fortbewegung (gehen, fahren …) kommen dabei vor? Vergleicht eure Schulwege in der Klasse. Wer hat den kürzesten, wer den längsten Schulweg? Wer benötigt für seinen Weg am wenigsten Zeit? Die Dauer hängt von der genommenen Route und der Fortbewegungsart ab. Vergleicht mithilfe eines Routenplaners die Route (den Streckenverlauf) von Bahn, Auto und Rad von St. Pölten nach Tulln an der Donau (Abb. 11.2). Notiert die Unterschiede (Streckenlänge, Wegverlauf) ins Physikheft. Wie können wir Ort und Zeit einer Bewegung beschreiben? Nach fünf Sekunden (Abb. 11.3) Lege einen Meterstab auf den Tisch. Er zeigt den Weg an. Lass zwei unterschiedliche Aufziehspielzeuge den Meterstab entlang fahren. Verwende eine Stoppuhr (Smartphone). Setze nach 5 Sekunden zB jeweils einen Radiergummi an den Ort der Spielzeuge. Woran erkennst du, dass sich die Spielzeuge unterschiedlich bewegen? Mach dir Notizen. Die beiden Aufziehspielzeuge bewegen sich unterschiedlich. Durch die unterschiedlichen Bewegungsarten sind zwei unterschiedliche Orte nach einer bestimmten Zeit deutlich zu erkennen. Mit manchen Fotoapparaten kannst du Serienaufnahmen einer Bewegung machen. Dabei nimmt der Fotoapparat in bestimmten Zeitabständen (zB 0,2 s) immer wieder ein Foto auf. Du erkennst, wie sich der Ort des Gegenstands während einer Bewegung ändert. Werden diese Fotos übereinandergelegt, so entstehen „Stroboskopbilder“ (Abb. 11.4). Eingefrorene Bewegungen (Abb. 11.5) Mach mit einer Stroboskop-App ein Bild der beiden fahrenden Spielzeuge von V3. Beschreibe die Unterschiede. 11.1 Nóra und Gabor gehen zur selben Zeit von zu Hause weg. Sie kommen zu unterschiedlichen Zeiten in der Schule an. Hast du eine Erklärung dafür? A3 A4 Für die Beschreibung einer Bewegung ist die Art des Weges wichtig, zB bei Reiserouten, Wanderwegen und Streckenverläufen im Sport. M 11.2 Diese Radrouten von St. Pölten nach Tulln an der Donau werden von einem Routenplaner aus dem Internet vorgeschlagen. V3 11.3 Nach fünf Sekunden Infobox: Ein Stroboskop ist ein Blitzlicht, das in gleichen Zeitabständen Lichtblitze abgibt. In einem dunklen Zimmer siehst du die Bewegung einer Person als Folge von stehenden Bildern. V4 Beim genauen Beschreiben einer Bewegung soll zu bestimmten Zeitpunkten auch der Ort des Gegenstands festgestellt werden. M 11.4 Stroboskopbild eines Basketballspielers 11.5 Eingefrorene Bewegungen 11.6 Ein Bahn-Fahrplan gibt genaue Zeitpunkte und Orte an. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
12 2 Arbeitsheftseiten 6–7 Das Tempo gibt die Schnelligkeit an Was verstehen wir unter dem Begriff Tempo? Sunny und Leonora kommen tief atmend zu ihrem Treffen mit Mateo. „Heute war wieder so viel los! Dieser Verkehr!“, meint Sunny verärgert. „Ich hätte lange auf den Bus warten müssen. Daher bin ich lieber den Weg gerannt“, sagt Leonora. „Ich habe gleich den Roller genommen. Damit bin ich gut vorwärtsgekommen.“, grinst Mateo (Abb. 12.1). Wahrscheinlich nimmst du oft den gleichen Weg in die Schule. Gab es schon Tage, wo du auf dem Schulweg schneller oder langsamer warst? Beschreibe, warum du schneller oder langsamer warst. In unserem Alltag sind wir unterschiedlich schnell unterwegs, zB zu Fuß, mit dem Fahrrad, mit dem Auto oder mit öffentlichen Verkehrsmitteln (Abb. 12.2). Den Begriff Tempo verwenden wir, um die Schnelligkeit genauer zu beschreiben. Autos sind zB mit einem höheren Tempo unterwegs als Fußgängerinnen oder Fußgänger. Das Tempo der Luftbälle (Abb. 12.3, Abb. 12.4) a) Probiert unterschiedliche Bälle (höchstens Tennisballgröße) genau 4 Sekunden lang mit dem Luftstrom eines Haartrockners über den Boden zu bewegen. Verändert das Tempo der Bälle durch Änderung der Luftstromstärken oder des Abstands zum Haartrockner. b) Blast die Bälle an einem liegenden Meterstab vorbei. Macht von jedem Ball ein Stroboskopbild mit einer Stroboskop-App. Legt im Physikheft eine Tabelle (Ballart/Luftstromstärke/Weglänge) zu V1 an. Woran erkennt ihr an den Messwerten oder auf euren Fotos den schnellsten oder den langsamsten Ball? Die Einzelbilder in Abb. 12.4 wurden in Zeitabständen von 0,05 Sekunden gemacht. Der Meterstab zeigt Abstände von 0,1 m (= 10 cm) an. Schätze ab, wie viele Meter der Tennisball und der Tischtennisball in einer ganzen Sekunde rollen. Besprecht eure Ergebnisse. In den Stroboskopbildern von V1 erkennst du: Bei höherem Tempo legt der Ball einen längeren Weg in derselben Zeit zurück als bei niedrigerem Tempo. Zum besseren Vergleich wird dabei angegeben, wie viele Meter (m) oder Kilometer (km) in einer bestimmten Zeit, wie zB Sekunde (s) oder Stunde (h), zurückgelegt werden. 12.1 Mit dem Roller hat sich Mateo nicht so abgehetzt wie Sunny und Leonora. A1 12.2 Zu Fuß oder mit der Straßenbahn: Wir legen Wege unterschiedlich schnell zurück. V1 12.3 Das Tempo der Luftbälle A2 A3 Der Begriff Tempo beschreibt die Schnelligkeit von Bewegungen. Das Tempo wird zB in „Meter pro Sekunde“ ( m __ s ) oder in „Kilometer pro Stunde“ ( km __ h )angegeben. M Infobox: 1 m __ s = 3,6 km __ h Wenn du mit dem Tempo von 1 m __ s unterwegs bist, kommst du in einer Stunde 3,6 km weit. 12.5 Bei der Jagd erreicht der Gepard kurzzeitig ein Tempo von bis zu 110 Kilometer pro Stunde. 12.6 Das Schneckentempo beträgt etwa 3 Meter pro Stunde. 12.4 Das Tempo der Luftbälle – Stroboskopbilder Tennisball Tischtennisball Zusatzmaterial a4u8vh Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
13 Bewegungen und Kräfte Wie können wir das Tempo messen? Im Sport genügt die gestoppte Zeit, um das beste Laufergebnis zu bestimmen. Die Läuferinnen und Läufer legen dabei dieselbe Weglänge zurück (Abb. 13.1). Wie lange braucht es? (Abb. 13.2) Messt mit einem Maßband eine Weglänge von 1 m ab. Lasst verschiedene Aufziehspielzeuge diese Weglänge entlangfahren. Stellt mit der Stoppuhr am Smartphone fest, wie lange die Spielzeuge benötigen. Bestimmt, welches Spielzeug das schnellste und welches das langsamste war. Bei gleicher Weglänge ist das Aufziehspielzeug am schnellsten, welches am wenigsten Zeit (Sekunden) braucht. Wie weit kommen sie? (Abb. 13.3) Bestimmt mit Maßband und Stoppuhr, wie weit verschiedene Aufziehspielzeuge in 3 Sekunden kommen. Bestimmt, welches Spielzeug das schnellste und welches das langsamste war. Bei gleicher Zeitdauer schafft das schnellste Aufziehspielzeug eine größere Weglänge. Das durchschnittliche Tempo eines Aufziehspielzeugs gibt an, wie viele Meter es in einer Sekunde zurücklegen kann. Berechne das durchschnittliche Tempo der Aufziehspielzeuge aus V2 und V3 nach der Anleitung im Merkkasten. Lisa fährt auf der Autobahn immer 100 km __ h , obwohl das Tempolimit 130 km __ h beträgt. Arbeitet in Gruppen. Recherchiert die Vor- und Nachteile eines niedrigeren Tempos. Denkt dabei auch an den Kraftstoffverbrauch, die Auswirkungen auf die Umwelt und die Sicherheit. Welche Geräte werden für die Tempomessung verwendet? Das Tempo eines Autos wird mit einem Tachometer angezeigt (Abb. 13.4). Bei Verkehrskontrollen werden Radargeräte und Laserpistolen eingesetzt (Abb. 13.5). Dein Lauftempo kannst du mit einer Lauf-App am Smartphone oder einer Smartwatch bestimmen (Abb. 13.6). Hier werden die Informationen aus den GPS-Daten des Smartphones verwendet. 13.1 Das beste Ergebnis von Shelly-Ann Fraser-Pryce beim 100-m-Lauf ist eine Zeit von 10,60 s. V2 13.2 Wie lange braucht es? – Die Zeitdauer V3 13.3 Wie weit kommen sie? – Die Weglänge A4 Zur Berechnung des durchschnittlichen Tempos dividierst du die zurückgelegte Weglänge durch die benötigte Zeitdauer: durchschnittliches Tempo v = Weglänge s : Zeitdauer t kurz: v = s _ t M A5 Messgeräte zur Bestimmung des Tempos sind zB Tachometer, Radargeräte oder GPS-Navigationsgeräte. M Infobox: v für engl. velocity … Geschwindigkeit; s für engl. space … Zwischenraum; t für engl. time … Zeit 13.4 Der Tachometer eines Autos 13.5 Die Polizei misst das Tempo mit Laserpistolen. 13.6 Die Smartwatch misst das aktuelle Lauftempo. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
www.oebv.atRkJQdWJsaXNoZXIy MjU2NDQ5MQ==