Lehrtätigkeit von Emanuele Dondoglio während im Rahmen des 2022 Doktoratsstudiums “Designing innovative public engagement activities” am Universität Padua geplannt.

Materialien

  • 2-Meter halbierte Schlaumschläuche für die Isolierung, lunghi 2 metri (3 pro Gruppe)
  • Schere (1 pro Gruppe)
  • schwarzer Klebeband (1 pro Gruppe)
  • Kugeln (4 pro Gruppe)
  • Behälter (1 pro Gruppe)
  • Mauer (Befestigungsband für die Piste)

Beschreizbung der Aktivität

In dieser Aktivität müssen Sie die Kinder ausfordern, ein Murmel-Autobahn zu bauen. Rollen Sie die Kügeln über die Rohre, die Sie vor der Aktivität lang halbieren müssen. Kinder in Gruppen von 3-4 teilen. Jede Gruppe musse in Murmel-Autobahn bauen: zuerst kleben sie die Schläuche mit Klebeband an die Wand, indem sie Die Schwerkraft nutzen, welche die Murmel nach unten rollen läßt, um den Parrcours zu absolvieren. Die Schläuchen können (und müssen) unterschiedlich gebogen und miteinander zu längeren Rohren verbunden werden (siehe Bild oben links und Bild unten links Figura). Zwischen zwei verbundenen Schläuchen muss das Klebeband gut haften, sonst brehm er, oder hält sogar die Murmel an. Jede Gruppe hat drei Schläuche (aber auch weniger, sie entscheiden).
Jede Gruppe wird herausgefordet, eine Kugelbahn zu bauen, die zwei Anforderungen erfüllt: erstens, muss die Murmel eine volle Schleife ausführen können; zweitens, muss die Murmel am Ende des Weges in einem Behälter landen. Die Kinder müssen wissen, wo sie den Behälter aufstellen sollen. Sie können Ihnen ein Zeitlimit geben, um die Herausforderung zu schließen, zum Beispiel 15-20 Minuten. Am Schluss, testen die Gruppe ihre Strecke, ob die Kugeln es schaffen. Dies könnte ein gutes Zeitpunkt sein, um ihnen etwas über die Physik dahinten zu erklären, zum Beispiel weil die Murmel in inhren Bahnen die Schleife überschritt (oder nicht), oder weil eine Murmel näher der weiter landet, wenn sie die Bahn verlässt, um auf den Behälter zu landen (siehe nächster Abschnitt). Danach, können Sie die Gruppen herausfordern, noch compliziertere Pisten zu bauen (z.B.: doppel Loop, Hügel, Kurven…): lassen Sie sie fantasieren. An der Wand festzuhalten ist keine Regel. Zum Beispiel, eine Kugel die von der Wand abgeht, um eine Kurve zu machen.

Erklärung des physikalischen Prozesses

Die Murmel bewegt sich und erreicht das Ende der Bahn dank Schwerkraft. Die Schwerkraft wirkt auf alle Körper, die wir jeden tag sehen, in unserem Fall immer senkrecht zum Boden gerichtet. Sie had unterschiedliche Auswirkungen, je nach dem Streckenabschnitt, den die Murmel anfährt. In der großen Abbildung rechts, sind drei verschiedene Bereiche hervorgehoben:

Anfänglicher Abfall (Zone A) In dieser Zone, treibt die Schwekraft die Murmel nach unten, also hilft ihr, sich auf der Piste zu bewegen. Je länger dieser Streckenabschnitt, desto höher die Geschwindigketi der Murmel beim Ende der Strecke. Das liegt daran, dass die Schwerkraft im Gefälle die Murmel beschleunigt. Je länger dieser Teil der Strecke ist, desto mehr Zeit hat die Schwerkraft, seine Geschwindigketi zu erhöhen. Es ist interessant, wie die Neigung der Rohre beeinflußt: je näher eine vertikale Position ist, desto höher die Geschwindigkeit am Ende des anfänglicher Abstiegs, desto weniger Zeit die Murmel benötigt, um diesen Bereich zu erreichen. 

Loop (Zone B) Der Beginn des Loops ist durch einen Abstieg gekennzeichnet, wo die Schwerkraft die Gaschwindigkeit der Murmel vermindert, im Gegensatz zu dem vorherigen Zug. Wenn die Kugel zum Beginn dieser Phase nicht schnell genug ist, wird sie den AUfstieg nicht überstehen. Um den höchsten Punkt der vollstandigen Umdrehung, neigt die Schwerkraft dazu, die Murmel vom Weg zu lösen, perché si trova “a testa in giù”, weil es kopfüber liegt, ohne eine Unterlage, die den freien Fall nach unten verhindert. Um es zu vermeiden, verwenden wir die zentrifugal Kraft, die auf jeden rotierenden Körper wirkt (wie die Kugel im Loop), im Gegengewicht zur Schwerkraft. Je schneller ein Körper rotiert, desto  größer die Zentrifugalkraft, je größer die Widerstandskraft gegen Stürze ist. Um nicht zu fallen, muss die Murmel schnell genug sein, um eine Zentrifugalkraft  größer als die Schwerkraft zu haben. Die Murmel muss also wieder eine hohe Gschwindigkeit am Loop-Start haben. Am Ende der Runde, befindet sich die Murmel in einer ähnlichen Situation wie Zone A, da sie einen Anstieg durchläuft, und wird dann wieder beschleunigt.

Ende der Landebahn und Landung (Zone C) Wenn der Ball die Bahn verlässt und keine Halterung mehr unter sich hat, die Schwerkraft sie senkrecht nach unten zieht. Aber, wenn es zu diesem Zeitpunkt eine bestimmte Geschwindigkeit hat, wird sie nicht vertikal fallen, bwegt sie aber auch in Wurfrichtung, wenn sie nach unten fällt. Sie beschreibt eine Art Bogen (die sogenannte parabolische Bewegung), durch die Kombination von Schwerkraft und Schubkraft.
Wie weit landet die Murmel? Je schneller die Murmel, desto grösser der Schub in die Richtung, in die sie geworfen wird (also nach rechts, wie in Abbildung), und weiter landen word. Auch die Neigung des letzten Streckenabschnitt ist wichtig. Der Abstand wird größer, wenn die Piste eine kleine Rampe macht, das heißt eine letzte Steigung wie im Abbildung, während sie kleiner wird, wenn das Ende der Piste bergab ist. Aber vorsicht, wenn die Rampe zu steil, steigt die Murmel sehr hoch, aber landet sie wird nicht entfernt. Der maximale Abstand – den die Murmel von der Rampe zurückgelegt hat (Wurfweite) – wird erreciht, indem die Rampe um 45° geneigt wird (also auf halbem Weg zwischen dem waagerechten und dem senkrechten Rohr).