„Wir zaubern mit Reibung“

www.zauberhafte-physik.net - Stand 27.11.2012 - Seite 1 / 4

Rd3 Beschreibungen: „Wir zaubern mit Reibung“

Reibungskräfte

Einleitung:

Wann entsteht Reibung? Was bewirkt Reibung? Die Kinder Hände an einander reiben lassen.

Lineal, runden Bleistift und Radiergummi über den Tisch schieben.

Was rutscht schneller? Warum?

Wenn ich etwas umsetzen will und es ist mir zu schwer, was muss ich tun? Utensilienkoffer als Beispiel vorführen:

tragen, schleifen, rollen. Aufgabe kluger Menschen ist es, den Kraftaufwand zu verringern,

Versuche Material Anmerkungen

R1

R1.1

R1.2

R1.3

Rutschschachtel

Aus der rechteckigen Plastikbox werden die Rundhölzer und das Messinggewicht

herausgenommen; das Schachtelauto (tic-tac- Box) mit dem Zubehör bleibt zum Beschweren in der Plastikbox.

Zunächst den Faden des Bechers in den Deckel der Plastikbox mittig einklemmen lassen.

Die rechteckige Plastikbox mit der glatten Seite auf die Führungsschiene legen, so dass der Becher über die Tischkante herunter hängt.

Becher mit Muttern beladen.

Hinweis: Beim Hereinlegen der Muttern Becher festhalten.

Anzahl der Muttern notieren. Kinder darauf aufmerksam machen, dass durch leichtes Antippen zunächst die Haftreibung überwunden werden muss. Sie ist größer als die Gleitreibung.

Sind genügend Muttern im Becher, so wird die Plastikbox von der Schwerkraft der Muttern gleitend über den Tisch gezogen, d.h. die Schwerkraft der Muttern ist größer als die Reibungskraft der Plastikbox.

Reibungskräfte entstehen, wenn ein Gegenstand gegenüber einem anderen bewegt wird; Reibungskräfte richten sich immer gegen die Bewegung.

Versuch wiederholen, doch diesmal mit der Sandpapierseite nach unten. Wegen der raueren Oberfläche werden mehr Muttern benötigt. Anzahl der Muttern notieren.

Das Messinggewicht auf die Plastikbox (glatte Seite unten) legen und den Versuch R1.1 wiederholen. Anzahl der Muttern notieren.

Gründe für unterschiedliche Mutterzahlen diskutieren:

Die Größe der Reibungskraft hängt - Von dem Gewicht,

- von der Oberflächenbeschaffenheit - und der Materialpaarung ab.

5 Führungsschienen 5 kl. Plastikboxen mit 15 Muttern

5 Plastikbecher mit Henkel und Faden

5 rechteckige Plastikboxen mit folgendem Inhalt:

- 1 Schachtel (tic-tac-Box)mit aufgeklebten Strohhalm- führungen

- 12 Rundhölzer - 2 Zahnstocher - 6 Korkscheiben - Zwei Pinnadeln (

- Messinggewicht - Knete

5x

Beispiele für Gleitreibung: Schlitten, Schlittschuhe, Schier Schliddern, gegen Ausrutschen Splitt streuen

Auf den Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung hinweisen Schmiermittel

Arbeitsblatt R1: Gleitreibung Schautafel: Rutschender Elefant und Schnecke

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Reibungskräfte - Fortsetzung 1 -

Versuche Material Anmerkungen

R2 Rollbahn

Die 12 Rundhölzer auf der Schiene verteilen und die rechteckige Plastikbox mit der rauen Seite auf die Rundhölzer setzen. Muttern nach und nach in den Becher legen, bis sich die Plastikbox in Bewegung setzt. Anzahl der Muttern notieren.

Kinder wieder darauf aufmerksam machen, dass durch leichtes Antippen zunächst die Haftreibung überwunden werden muss. Sie ist größer als die Rollreibung.

Anzahl der Muttern von Versuch R1.2 mit Versuch R2 vergleichen

Ergebnis: Die Größe der Reibungskraft hängt von der Reibungsart ab.

Gleitreibung ist größer als Rollreibung.

Wie R1

5x

Beispiele für Rollreibung

Erfindung des Rades Fahrräder

Schienenfahrzeuge Autos

Rollkoffer Rollschuhe

Arbeitsblatt R2: Rollreibung Schautafel: Modelle der drei Reibungsarten R3

R3.1

R3.2

R3.3

R3.4

Rutschkind

Fußmatte mit der textilen Seite auf den Boden legen (oder einem weichen Tuch zwischen Fußboden und gummierter Seite).

Kind 1 setzt sich auf die Gummioberseite der Fußmatte und wird von Kind 2 an einer Schnur gezogen.

Beim Losreißen, also dem Übergang von der Haft- zur Gleitreibung entsteht ein „Ruck“.

Die Haftreibung ist größer als die Gleitreibung.

Fußmatte umdrehen. Kind 1 setzt sich auf die textile Oberseite der Fußmatte, Kind 2 zieht und merkt, dass es mehr Kraft braucht: die Reibung zwischen Boden und Gummiunterseite der Fußmatte ist größer als zwischen Boden und textiler Unterseite.

Zwischen Matte und Schnur einen Federkraftmesser einbauen:

Kind 1 bleibt auf der textilen Oberseite sitzen.

Kind 2 zieht,

Kind 3 liest die Zugkraft ab: Kraft an der Tafel notieren.

Kind 3 beobachtet auch des Ausschlag des Federkraftmessers beim Anziehen (auf Haftreibung hinweisen).

Fußmatte auf die Hälfte falten. Kind 1 setzt sich auf die textile Oberseite wie bei R3.3.

Kind 2 zieht, die Kraft wird von Kind 3 abgelesen und mit der von Versuch R3.3 verglichen.

Ergebnis:

Die Materialpaarung hat Einfluss auf die Größe der Reibungskraft.

Die Größe der Oberfläche hat keinen Einfluss auf die Größe der Reibungskraft.

2 Fußmatten 2 weiche Tücher 2 Federkraftmesser mit Schnur

(Messbereich:0 bis 25kg ^ 250 N)

Auf den beiden Matten bleibt jeweils das gleiche, möglichst nicht zu schwere Kind sitzen = Kind 1

(die anderen Akteure können evtl. wechseln).

Beispiele für Haftreibung Rollkoffer verschieben mit und ohne Tuch

Kinder reißen sich gegenseitig los.

Beispiele für

unterschiedliche Rauigkeit Leder-/ Gummisohlen Filzpantoffeln

Lineal, Radiergummi, zylindr. Bleistift

Erkenntnisse zusammenfassen:

Die Größe der Reibung ist abhängig von:

Der Reibungsart (gleitend oder rollend),

der Materialpaarung (Gummi oder textil) und

dem Gewicht (ohne oder mit Messinggewicht),

nicht von der Größe der Oberfläche

F

= μ

F

F

μ

(Reibungsart + Materialpaarung)

F

Arbeitsblatt R3: Rutschkind Schautafel: Anfahrendes Auto – Schautafel: Sanden bei Tram

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Reibungskräfte - Fortsetzung 2 -

Versuche Material Anmerkungen

R4a Schachtelauto

Aus der kleinen Plastikschachtel (tic-tac-Box) mit den quer aufgeklebten Strohhalmen ein Auto bauen. Dazu den Zahnstocher durch die Strohhalme stecken und an beiden Seiten des Zahnstochers Korkscheiben aufstecken – bei zu losem Sitz mit Knete verbinden.

Die verschiedenen Achslagerungen erklären - Stecken die Korkenscheiben fest auf dem Zahnstocher, so dreht sich der Zahnstocher gleitend in der Strohhalmführung mit (Gleitlager zwischen Schachtel und Achse.)

- Ist der Zahnstocher fest an die Schachtel geklebt, so müssen die Korkscheiben drehbar auf dem Zahnstocher gelagert sein, es sind Losräder.

(Gleitlager zwischen Achse und Rad)).

Aus der rechteckigen Box:

- kl. Plastikschachtel (tic-tac- Box) mit aufgeklebten Strohhalm-Achsenlagerungen - 2 Zahnstocher

- 6 Korkscheiben

- Pinnadel zum Durchstechen der Radscheiben

- Knete zum Fixieren der Radscheiben auf dem Zahnstocher.

5x

R4b Schiefe Ebene

Mit einem Federkraftmesser wird das Gewicht des Schachtelautos gemessen und

aufgeschrieben.

Danach wird die Führungsschiene schräg auf die Tischkarte gelegt, das Auto wird über die Schräge hochgezogen, die Kraft wird gemessen und aufgeschrieben.

Dann wird das Auto waagerecht über den Tisch gezogen, die Kraft wird gemessen und

aufgeschrieben.

Die Kräfte bei senkrechtem Anheben, bei waagerechtem Ziehen und bei schrägem Hochziehen werden verglichen. Kraftrichtungen an der Tafel erklären.

5 Führungsschienen 5 Schachtel-Autos 5 Federkraftmesser (Messbereich: 100g ^ 1 N)

5x

Beispiele für schiefe Ebenen Rampen

Bahnhofsaufgänge Wasserrutsche

Sprungschanze

Hinweis :

1N

= 1kg m/s²

Erdbeschleunigung

1N

m/s²

1N entspricht 100g

(Masseneinheit)

Arbeitsblatt R4: Schiefe Ebene Welchen Vorteil bringt die schiefe Ebene? Was wäre, wenn es zwischen Radreifen und Straße keine Reibung gäbe? Schautafel Pyramidenbau

R5a Kugellager

Ein Resopalbrett mit Griff wird auf die in einen Blechteller geklebte Holzscheibe gelegt. Ein Kind hockt sich auf das Brett und soll von einem anderen Kind gedreht werden. Das geht schwer, weil die Gleitreibung zwischen Resopalbrett und Holzscheibe groß ist.

Nun werden Murmeln in den Blechdeckel gefüllt und das Resopalbrett darauf gelegt. Ein Kind setzt sich auf das Brett und kann leicht gedreht werden, weil die Rollreibung sehr viel geringer ist.

1 festes Resopalbrett mit Griff 1 großer Blechdeckel mit eingeklebter Holzscheibe als Auflager

1 Karton mit großen Murmeln Kugellager zur Ansicht

Demo

Die gleiche Funktionsweise hat ein Kugellager.

R5b Drehplatte

Ein kleines, glattes Brett wird auf einen Schraubglasdeckel gelegt; die Kinder werden aufgefordert, das Brett zu drehen. Das geht nur schwer.

Nun werden Murmeln in den Deckel gefüllt. Das Brett wird auf die Kugeln gelegt. Jetzt lässt sich die kleine Platte so leicht drehen, dass sogar die auf das Brett gelegte Knetekugel infolge der Fliehkraft wegfliegt.

5 kleine, glatte Bretter mit einem Knauf

5 Säcken mit einem Schraubglasdeckel und kleinen Murmeln 5 Knetekugeln

5x

Karussell

= 100g

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Reibungskräfte - Fortsetzung 3

Versuche Material Anmerkungen

Suchbild: Rollende und gleitende Reibung R6

R6.1

R6.2

Rollende Kinder

Erprobung der Funktionsweise:

Die Plastikbox wird auf 6 Rundhölzer gelegt. Ein Rundholz wird vor die Box gelegt. Nun wird die Box vorwärts geschoben und das hinten frei werdende Rundholz nach vorn vor die Box gelegt, so dass die Box auf den Rundhölzern weiter gerollt werden kann.

Wettrollen

Zwei Teams mit je zwei Kindern veranstalten ein Wettrollen.

Sechs Papprollen werden auf den Boden gelegt, das Brett wird darauf gelegt, Kind 1 hockt sich auf das Brett, eine Papprolle wird dicht vor das Brett gelegt. Nun versucht Kind 1 sich mit seinen Händen vorwärts zu schieben. Kind 2 muss immer wieder die hintere, frei werdende Rolle vor das rollende Brett legen, so dass das Brett weiter rollen kann und nicht auf den Boden kippt.

Ein weiteres Kind fungiert als

Schiedsrichter: Kippt das Brett auf den Boden muss dieses Team auf die Startposition zurück.

Wer gewinnt? Das Team, das als erstes die gesetzte Ziellinie erreicht hat!

5 Plastikboxen Rundhölzer aus der Plastikbox

(Materialien aus Versuch 1.2)

5x

2 Rollbretter mit Griff 14 feste Papprollen

Wettrennen mehrmals wiederholen

Schiedsrichter benennen!

Wettrennen 20 min vor Schluss!

R7 Bürstensandwich

Um die Haftreibung zu demonstrieren, sollen die Kinder zwei Bürsten in einander stecken und beschreiben, was die Borsten machen.

Um die Gleitreibung zu demonstrieren, sollen die Kinder die Bürsten gegen einander bewegen.

Um die Rollreibung zu demonstrieren sollen die Kinder die runde Bürste auf einer geraden Bürsten entlang rollen.

10 Bürsten 5 Rollbürsten

5x

Hinweis:

Noch mall herausstellen, dass Reibung nur bei Bewegung entsteht.

Einerseits verbraucht Reibung oft viel Kraft, andererseits ist sie wichtig, um Zugkräfte zu übertragen

Schautafel Auto!!