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Rennen auf der Rampe

GrundschulePhysikEin Spielzeugauto rollt eine 1 m lange Rampe hinunter; der Rollwiderstand der Oberfläche bremst es auf der Rampe und auf dem Boden ab

Über dieses Experiment

Welches Auto rollt am weitesten? Stütze eine Rampe mit ein paar Büchern ab, lass ein Spielzeugauto losrollen und miss, wie weit es über den Boden fährt. Eine steilere Rampe verleiht dem Auto mehr Geschwindigkeit, und eine raue Oberfläche wie ein Teppich oder ein Handtuch bremst es ab. Lass zwei Autos nebeneinander um die Wette fahren, ändere immer nur eine Sache, damit der Test fair ist, und halte jedes Rennen in einer Ergebnistabelle fest.

Lernziele

  • Beschreibe, wie die Höhe einer Rampe beeinflusst, wie weit ein Auto rollt
  • Vergleiche, wie glatte und raue Oberflächen ein fahrendes Auto abbremsen
  • Erkläre Reibung als eine Kraft, die Dinge abbremst
  • Plane einen fairen Test, indem du immer nur eine Sache änderst
  • Halte die Ergebnisse in einer Tabelle fest und nutze sie, um eine Frage zu beantworten

Anleitung

  1. 1Lass die beiden Autos mit den anfänglichen Einstellungen um die Wette fahren. Auf welcher Oberfläche rollt das Auto weiter?
  2. 2Mach beide Oberflächen gleich. Gib Auto A mehr Bücher als Auto B. Was passiert?
  3. 3Stell Auto B mit einem Buch auf das Handtuch. Warum bewegt es sich überhaupt nicht? Wie viele Bücher braucht es?
  4. 4Lass die Bücher gleich und probiere jede Oberfläche für Auto B aus. Ordne die Oberflächen von der glattesten bis zur rauesten.
  5. 5Schau dir deine Ergebnistabelle an. Ist es ein fairer Test, wenn du die Bücher und die Oberfläche gleichzeitig veränderst?

Das Modell

Je größer die Höhe, desto höher die Geschwindigkeit am Fuß der Rampe
Die Reibung wirkt der Bewegung entgegen und bremst das Auto ab
Für ältere Schülerinnen und Schüler: Strecke auf dem Boden bei einer Rampe der Länge L, mit Neigungswinkel θ und Rollwiderstand μ

Annahmen

  • Die Rampe ist 1 m lang, und jedes Buch ist 5 cm dick. Dieselbe Oberfläche bedeckt die Rampe und den Boden.
  • Jede Oberfläche bremst das Auto um einen festen Anteil seines Gewichts ab: von 4 % bei Holz bis zu 24 % bei Schleifpapier. Der Luftwiderstand wird vernachlässigt.
  • Die Höhen sind dreimal so hoch dargestellt, wie sie tatsächlich sind, damit die Bücher gut zu sehen sind. Der Boden endet nach 6 m.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum glaubst du, rollt das Auto auf Holz weiter als auf Teppich?
  2. Q2Was würde passieren, wenn die Rampe sehr steil wäre?
  3. Q3Nenne eine Sache, die gleich bleiben muss, damit der Test fair ist.
  4. Q4Warum haben Straßen eine raue Oberfläche und warum sind Rutschen glatt?
  5. Q5Warum kommen zwei echte Autos auf derselben Rampe möglicherweise nicht genau an derselben Stelle zum Stehen?

Häufig gestellte Fragen

Wie kann ich das in einem echten Klassenzimmer durchführen?

Verwende ein Brett oder ein stabiles Stück Karton, einen Bücherstapel und ein Spielzeugauto. Klebe unten auf den Boden verschiedene Materialien, lass das Auto los, ohne es anzuschieben, und miss die Strecke mit einem Maßband. Wiederhole jeden Test dreimal.

Warum bewegt sich das Auto auf einer rauen Oberfläche nicht, wenn nur ein Buch unter der Rampe liegt?

Die Reibung durch die raue Oberfläche ist größer als die Kraft, mit der die Schwerkraft das Auto einen so flachen Hang hinunterzieht. Deshalb bleibt das Auto stehen. Eine steilere Rampe erzeugt eine größere Kraft hangabwärts.

Was ist ein fairer Test?

Ein Test, bei dem du nur eine Sache veränderst, zum Beispiel die Oberfläche, und alles andere gleich hältst: dasselbe Auto, dieselbe Anzahl Bücher und denselben Startpunkt. Dann weißt du, dass die Veränderung den Unterschied verursacht hat.