Heute war unser Alchemistenküchentag: wir haben uns mit einfachen Maschinen beschäftigt.
Today was our alchemists kitchen day: we studied simple machines.
Einfache Maschinen
Jede Vorrichtung, die eine Arbeit erleichtert, ist eine Maschine. Eine einfache Maschine ist eine Vorrichtung, welche die Richtung oder die Stärke einer Kraft ändert. Wir können z.B. ein Auto mit reiner Muskelkraft nicht heben, aber mit einem Wagenheber geht es. Einfache Maschinen sind die Grundbausteine für komplexere Maschinen. Rad, Hebel, Schraube und Flaschenzug werden zum Beispiel miteinander kombiniert für ein Fahrrad benötigt. Mit einer einfachen Maschine verrichtet man die gleiche Arbeit wie ohne Maschine, aber der Kraftaufwand ist kleiner oder anders gerichtet.
Die vier einfachen Maschinen sind:
Das Seil und die Stange
Die Schiefe Ebene
Der Hebel
Die Rolle
Schon früh fanden die Menschen heraus, dass einfache Maschinen die Arbeit erleichtern. Sie benutzten Faustkeile, Stöcke und Keulen, auch Seile wurden schon früh benutzt. In Ägypten half eine schiefe Ebene beim Bau der Pyramiden. Auch beim Wasserschöpfen halfen einfache Maschinen. Die Römer verwendeten Baukräne. Auch im Mittelalter benutzte man den Flaschenzug, Seilwinden, und Treträder, um die grossen Kathedralen zu bauen.
Archimedes, ein griechischer Philosoph, erforschte die Schiefe Ebene, den Flaschenzug und die Schraube. Galileo Galilei erforschte um das Jahr 1600 die theoretische Funktionsweise der einfachen Maschinen. Er verstand als erstes, dass einfache Maschinen Energie nur umwandeln und nicht neu erzeugen.
Erstes Experiment: Seil und Stange
a) Wir ziehen einen Gegenstand mit einem kurzen Seil.
b) Wir ziehen den gleichen Gegenstand mit einem langen Seil.
c) Wir ziehen den gleichen Gegenstand ohne Seil.
d) Wir stossen den gleichen Gegenstand mit einer Stange.
Was passiert? _____________________________________________
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Erklärung: Das Seil und die Stange verlagern den Punkt, an dem eine Kraft ansetzt.
Zweites Experiment: Schiefe Ebene
Rampen, Rutschen sind Beispiele einer Schiefen Ebene. Mit Rampen kann man schwere Sachen mit weniger Kraftaufwand hinaufschieben oder ziehen. Mit einer Rutsche können Dinge oder Menschen sicher aus einer Höhe herabgebracht werden. |
Vorgehen:
a) Wir ziehen einen Gegenstand senkrecht hoch.
b) Wir schieben den gleichen Gegenstand an einem schief gestellten Brett hoch.
c) Wir verändern die Schiefe des Brettes und schieben immer den gleichen Gegenstand hoch.
Was passiert? _____________________________________________
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Erklärung: Die schiefe Ebene erleichtert das Heben von schweren Dingen, aber man muss dafür einen längeren Weg zurücklegen. Die Schiefe Ebene verändert die Grösse und die Richtung der Kraft
Beispiele von Schiefen Ebenen:
Häuserdächer sind meistens geneigt, dadurch können Wasser und Schnee vom Dach gleiten.
Wassermühlen nutzen die schiefe Ebene um die Kraft vom fliessenden Wasser zum benutzen, um ein Rad anzutreiben. Beim Windrad ist es dasselbe mit bewegter Luft.
Auch ein Flugzeug kann nur durch die Kraftumwandlung der schiefen Ebene fliegen.
Eine Schraube ist eine Art von schiefer Ebene.
Ein Keil ist ebenfalls eine Schiefe Ebene.
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| Wir schieben ein Buch ein steile Schiefe Ebene hinauf. Wir lassen das Buch auch hinuntergleiten. |
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| Wir schieben das Buch eine wenig geneigte Schiefe Ebene hinauf und lassen es auch hinuntergleiten. |
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| I hochheben. |
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| I eine wenig geneigte Schiefe Ebene hochschieben. |
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| I eine steile Schiefe Ebene hochschieben. |
Alle nehmen an den Experimenten teil, auf unterschiedliche Art, dem Alter angepasst:
S zeichnet die Versuche und ihre Beobachtungen in ihr Heft.
T macht die Versuche, hilft sie aufzubauen und dazu natürlich erst zu überlegen wie man welche einfache Maschine aufbauen kann. Er notiert seine Ergebnisse ins Heft.
E macht das selbe wie T und zusätzlich schreibt er noch folgendes ins Heft:
Arbeit
Arbeit = Kraft x Weg
W = F x s
Im Gegensatz zum Alltag, wo wir Arbeit als das definieren, was wir oder was eine Maschine leistet, oder was uns geistig ermüdet, hat das Wort Arbeit in der Physik eine andere Bedeutung:
Arbeit, wird nur dann verrichtet, wenn eine Kraft auf einen Körper einwirkt und sich der Körper dabei um eine bestimmte Strecke verschiebt.
Beispiel: Wenn ich gehe, wenn ein Zug fährt, wenn ein Flugzeug fliegt, ... dann ist das Arbeit.
E hat auch überlegt wie sich Arbeit verändert wenn die Kraft kleiner wird und der Weg länger oder umgekehrt.
Bald werden wir auch Experimente zu Hebel und Rolle durchführen und auch zu kombinierten einfachen Maschinen wie dem Flaschenzug, der Seil und Rolle(n) verbindet.
E wird auch noch etwas über James Watt wiederholen (wir hatten über James Watt schon vor einem Jahr gesprochen) und einige Beispiele berechnen.
Um diese Seiten zu schreiben habe ich folgende Webseiten benutzt:
Wikipedia
2 Kommentare:
Kennen wir das nicht? Die Bilder mit dem Heben von I. sind zu köstlich! Jonathan hat sie gesehen und viel gelacht! Wie schön, daß Ihr das jetzt auch macht!
Wir haben noch ein paar Bücher über die "mound builders" gefunden. Ich werde sie bald mal durchgeben!
Ja, gell :) wir haben wirklich ähnliche Programme. Das ist so schön, da können wir uns immer Ideen austauschen. Und unsere Kinder freut es immer zu sehen, dass ihr das gleiche durchnehmt.
Ja, das mit I. war wirklich lustig, hat allen Spass gemacht und so war I auch in unserem Lernen eingebunden. Das liebt sie nämlich sehr.
Oh, super mit den Büchern. So wie es aussieht werden wir noch einen, höchsten zwei Donnerstage das Thema durchnehmen. Aber das Thema wird uns ganz sicher weiterhin interessieren.
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