Name:

Die Streichholzschachtel und der Schlüsselbund

Kategorie:

Physik Mechanik

Alter:

Ab 5 Jahren

Anzahl:

Ab 2 Personen

Ort:

Im Raum

Zeit: ca. 20 Minuten

Materialien:

Ein leichter und ein schwerer Gegenstand (z.B. eine Streichholzschachtel und ein Schlüsselbund)

Einen Stab, z.B. einen langen Stift, ein Rohr, eine Fahrradluftpumpe, Ein Faden, etwa 1 Meter lang

Ziele für die Kinder:

Erfahrungen sammeln mit:

· · Masse und Trägheit

· · Der Hebel und seine Bedeutung

· · Gleichförmige und beschleunigte Bewegung

Ablauf:

Als erstes musst du die beiden Gegenstände an die Enden des Faden gut anbinden. Dann hältst du die Stange waagerecht etwa in Augenhöhe vor dich und legst den Faden quer darüber. Halte dabei den leichten Gegenstand mit der anderen Hand fest und zieh den schweren Gegenstand bis knapp unter den Stab hoch. Der leichte Gegenstand sollte ganz flach gehalten werden, so wie man es auf dem Bild sieht. Dabei muss man allerdings darauf achten, dass besonders leichte Gegenstände nie über dem Stab gehalten werden sollten.

Was glaubst du, was passiert, wenn du nun den leichten Gegenstand einfach los lässt? Wahrscheinlich glaubst du dasselbe, was ich gedacht habe, als ich davon zum ersten Mal gehört habe. Ich war mir sicher, dass der schwere Gegenstand nach unten fällt, den anderen mitzieht und beide auf den Boden knallen. Aber das passiert nicht!

Der schwere Gegenstand fällt zwar nach unten, aber er kommt gar nicht am Boden an. Denn der leichte Gegenstand wickelt den Faden um den Stab, und das Ganze kommt zum Stehen.

Wissenschaftlicher Hintergrund:

Zuerst müssen wir uns den leichten Gegenstand am Faden wie ein Pendel vorstellen. Wenn er einfach am Faden am Stab festgemacht wäre und man ihn dann loslassen würde, dann würde er eine ganze Zeit lang hin und her schwingen. Er würde dabei auch fast wieder die Höhe erreichen, in der man ihn losgelassen hat. Die Geschwindigkeit, mit der er schwingt, hängt dann davon ab, wie lang der Faden ist. Man kann ganz einfach ausprobieren, dass ein Pendel mit kurzem Faden schneller schwingt als ein Pendel mit langem Faden.

In unserem Experiment kann der leichte Gegenstand aber nicht so schön ungestört schwingen, denn der andere zieht beim Fallen am Faden. Nun wird also der Faden an dem der leichte Gegenstand pendelt immer kürzer. Also wird er dann auch immer schneller. Und nun kann er (weil er eben schneller ist) höher steigen als sonst. Er fliegt also über den Stab hinüber bis auf die andere Seite, wo er nun wieder Schwung holt und wieder schwingt. Der Faden wird aber nun immer noch kürzer, also passiert das noch mal. So lange, bis der Faden so oft um den Stab gewickelt ist, das die Kraft mit der der schwere Gegenstand am Faden zieht nicht mehr ausreicht, um den anderen Gegenstand weiter zu ziehen. Das hängt natürlich mit Reibung zusammen. Das kann man auch ganz leicht testen: Versuch doch nach dem Versuch mal, an dem Faden den schweren Gegenstand wieder hochzuziehen, ohne vorher den Faden abzuwickeln. Das ist nun viel schwieriger als vorher, als der Faden noch einfach auf dem Stab drauf lag.

Hinweise:
Bei den Gegenständen sollte man darauf achten, dass sie nicht zu groß sind, so dass sie beim Aufwickeln nicht zusammenstoßen. Dann hört nämlich das Aufwickeln sofort auf und Beide fallen runter.

Variationen:

Quellenangabe:

http://www.physikfuerkids.de/lab1/versuche/streibund/index.html