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Lernaufgabe: Kraftwerk Mensch
Diese Lernaufgabe der iMINT-Akademie Berlin zum übergreifenden Thema „Verbraucherbildung“ beschäftigt sich mit dem Energiehaushalt des menschlichen Körpers und soll dazu beitragen, dass die Schülerinnen und Schüler die Funktionsweise ihres Körpers besser kennenlernen und den verantwortungsvollen Umgang mit Nahrung erlernen.
Zur Erarbeitung des Themas stehen verschiedene Material- und Hilfekarten zur Verfügung. Als Lernprodukt entsteht ein Lernplakat. Dieser Link führt zum editierbaren Word-Dokument.
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Lernaufgabe: Kraftwerk Mensch
Diese Lernaufgabe der iMINT-Akademie Berlin zum übergreifenden Thema „Verbraucherbildung“ beschäftigt sich mit dem Energiehaushalt des menschlichen Körpers und soll dazu beitragen, dass die Schülerinnen und Schüler die Funktionsweise ihres Körpers besser kennenlernen und den verantwortungsvollen Umgang mit Nahrung erlernen.
Zur Erarbeitung des Themas stehen verschiedene Material- und Hilfekarten zur Verfügung. Als Lernprodukt entsteht ein Lernplakat.
Diese Lernaufgabe der iMINT-Akademie Berlin zum übergreifenden Thema „Verbraucherbildung“ beschäftigt sich mit dem Energiehaushalt des menschlichen Körpers und soll dazu beitragen, dass die Schülerinnen und Schüler die Funktionsweise ihres Körpers besser kennenlernen und den verantwortungsvollen Umgang mit Nahrung erlernen.
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Übersicht über die Strömungslehre
- Die Strömungslehre beschäftigt sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.
- Dabei unterscheidet man die Bewegung von Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und die von Gasen (Aerodynamik).
- Die Strömungslehre hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Alltag.
- Die Strömungslehre beschäftigt sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.
- Dabei unterscheidet man die Bewegung von Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und die von Gasen (Aerodynamik).
- Die Strömungslehre hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Alltag.
2. Newtonsches Gesetz (Aktionsprinzip)
- Wirkt auf einen Körper eine resultierende Kraft \(\vec{F}\), so wird der Körper in die Richtung der Kraft beschleunigt.
- Es gilt \(\vec{F}=m\cdot \vec{a}=m\cdot \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\)
- Die Einheit der Kraft ist 1 Newton: \(\left[ F \right] = \left[ m \right] \cdot \left[ a \right] = 1\,{\rm{kg}} \cdot 1\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{kg}} \cdot \frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{N}}\)
- Wirkt auf einen Körper eine resultierende Kraft \(\vec{F}\), so wird der Körper in die Richtung der Kraft beschleunigt.
- Es gilt \(\vec{F}=m\cdot \vec{a}=m\cdot \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\)
- Die Einheit der Kraft ist 1 Newton: \(\left[ F \right] = \left[ m \right] \cdot \left[ a \right] = 1\,{\rm{kg}} \cdot 1\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{kg}} \cdot \frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{N}}\)
Größen zur Beschreibung von Strömungen
- Zentrale Größen zur Beschreibung von Strömungen sind die Geschwindigkeit\(v\), der Druck \(p\), die Dichte \(\rho\), die Temperatur \(T\) und die dynamische Viskosität \(\eta\).
- Zentrale Größen zur Beschreibung von Strömungen sind die Geschwindigkeit\(v\), der Druck \(p\), die Dichte \(\rho\), die Temperatur \(T\) und die dynamische Viskosität \(\eta\).
Kontinuitätsgleichungen
- Die Größe \(\frac{m}{t}=\rho\cdot v\cdot A\) bzw. infinitesimal \(\frac{dm}{dt}=\dot{m}\) bezeichnet man als Massenstrom.
- Bei einer stationären Strömung ist wegen der Massenerhaltung der Massenstrom \(\dot{m}=\frac{m}{t}=\rho \cdot A \cdot v\) an allen Querschnittsflächen konstant.
- Bei inkompressiblen Fluiden ist der Massenstrom \(\dot{m}\) proportional zum Volumenstrom \(\dot{V}\). Der Proportionalitätsfaktor ist die Dichte \(\rho\) des inkompressiblen Fluids.
- Die Größe \(\frac{m}{t}=\rho\cdot v\cdot A\) bzw. infinitesimal \(\frac{dm}{dt}=\dot{m}\) bezeichnet man als Massenstrom.
- Bei einer stationären Strömung ist wegen der Massenerhaltung der Massenstrom \(\dot{m}=\frac{m}{t}=\rho \cdot A \cdot v\) an allen Querschnittsflächen konstant.
- Bei inkompressiblen Fluiden ist der Massenstrom \(\dot{m}\) proportional zum Volumenstrom \(\dot{V}\). Der Proportionalitätsfaktor ist die Dichte \(\rho\) des inkompressiblen Fluids.
BERNOULLI-Gleichung
- Die BERNOULLI-Gleichung liefert einen Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit \(v\) und Druck \(p\).
- Die BERNOULLI-Gleichung bei stationärer, verlustfreier Strömung eines inkompressiblen Fluides ist \(\rho \cdot g \cdot h+\frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 + p=\rm{konst.}\).
- Die Summe der potentiellen Energie, der kinetischen Energie und der Druckenergie (also der verrichteten Arbeit) entlang der Stromröhre ist erhalten.
- Die BERNOULLI-Gleichung liefert einen Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit \(v\) und Druck \(p\).
- Die BERNOULLI-Gleichung bei stationärer, verlustfreier Strömung eines inkompressiblen Fluides ist \(\rho \cdot g \cdot h+\frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 + p=\rm{konst.}\).
- Die Summe der potentiellen Energie, der kinetischen Energie und der Druckenergie (also der verrichteten Arbeit) entlang der Stromröhre ist erhalten.
Größen zur Beschreibung einer Kreisbewegung
- Das (Dreh-)Zentrum \(Z\) ist der Mittelpunkt der Kreisbahn.
- Der Bahnradius \(r\) ist die (konstant bleibende) Entfernung des Körpers zum Drehzentrum.
- Die Umlaufdauer \(T\) gibt an, wie lange ein Körper für einen vollständigen Umlauf der Kreisbahn benötigt.
- Die Frequenz \(f\) ist der Kehrwert der Umlaufdauer: \(f=\frac{1}{T}\). Sie gibt an, wie viele Umläufe ein Körper pro Zeiteinheit absolviert.
- Mit \(s\) bezeichnen wir die Länge der (Bahn-)Strecke, die der Körper seit dem Start der Kreisbewegung auf der Kreisbahn zurückgelegt hat.
- Mit \(\varphi\) bezeichnen wir die Weite des Drehwinkels, den der Bahnradius seit dem Start der Kreisbewegung überstrichen hat.
- Winkel werden bei der Beschreibung von Kreisbewegungen meist im Bogenmaß angegeben. Eine volle Umdrehung von \(360^\circ\) entspricht im Bogenmaß dem Wert \(2\pi\)
- Es gilt \(s = \varphi \cdot r \quad {\rm{bzw.}} \quad \varphi = \frac{s}{r}\)
- Das (Dreh-)Zentrum \(Z\) ist der Mittelpunkt der Kreisbahn.
- Der Bahnradius \(r\) ist die (konstant bleibende) Entfernung des Körpers zum Drehzentrum.
- Die Umlaufdauer \(T\) gibt an, wie lange ein Körper für einen vollständigen Umlauf der Kreisbahn benötigt.
- Die Frequenz \(f\) ist der Kehrwert der Umlaufdauer: \(f=\frac{1}{T}\). Sie gibt an, wie viele Umläufe ein Körper pro Zeiteinheit absolviert.
- Mit \(s\) bezeichnen wir die Länge der (Bahn-)Strecke, die der Körper seit dem Start der Kreisbewegung auf der Kreisbahn zurückgelegt hat.
- Mit \(\varphi\) bezeichnen wir die Weite des Drehwinkels, den der Bahnradius seit dem Start der Kreisbewegung überstrichen hat.
- Winkel werden bei der Beschreibung von Kreisbewegungen meist im Bogenmaß angegeben. Eine volle Umdrehung von \(360^\circ\) entspricht im Bogenmaß dem Wert \(2\pi\)
- Es gilt \(s = \varphi \cdot r \quad {\rm{bzw.}} \quad \varphi = \frac{s}{r}\)
Modell einer Loopingbahn (Simulation)
Diese Simulation zeigt einen einfachen Modellversuch zur Looping-Achterbahn. Um allzu komplizierte Berechnungen zu vermeiden, wird eine Kreisform…
Zum DownloadDiese Simulation zeigt einen einfachen Modellversuch zur Looping-Achterbahn. Um allzu komplizierte Berechnungen zu vermeiden, wird eine Kreisform…
Zum DownloadMilchbar (CK-12-Simulation)
Die Simulation wird zur Verfügung gestellt von https://www.ck12.org. https://www.ck12.org Lizenz:…
Zum DownloadDie Simulation wird zur Verfügung gestellt von https://www.ck12.org. https://www.ck12.org Lizenz:…
Zum DownloadSinken, Schweben, Steigen, Schwimmen
- Das Zusammenspiel von Gewichtskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) eines Körpers und seiner Auftriebskraft \(\vec F_{\rm{A}}\) im Medium bestimmen, ob der Körper sinkt, schwebt, steigt oder schwimmt.
- Beim Schwimmen taucht ein Körpers gerade so weit in ein Medium ein, sodass gilt \({F_{\rm{A}}} = {F_{\rm{G}}}\).
- Das Zusammenspiel von Gewichtskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) eines Körpers und seiner Auftriebskraft \(\vec F_{\rm{A}}\) im Medium bestimmen, ob der Körper sinkt, schwebt, steigt oder schwimmt.
- Beim Schwimmen taucht ein Körpers gerade so weit in ein Medium ein, sodass gilt \({F_{\rm{A}}} = {F_{\rm{G}}}\).
Wie kamen die Astronauten von Apollo 11 zum Mond?
Interessante Beschreibung des Mondflugs der Saturn V-Rakete.
Themen:
Impuls, Raketengleichung und Drehgeschwindigkeit.
Interessante Beschreibung des Mondflugs der Saturn V-Rakete.
Themen:
Impuls, Raketengleichung und Drehgeschwindigkeit.
Kurze Einführung in die Geschichte des Maßes
Prof. André Bresges, Professor für Physik an der Universität Köln, gibt einen kurzen Einblick in die Geschichte des Maßes in der katholischen Kirche und leitet einen kleinen Selbstversuch zum Thema Messen in der Physik an.
Zur Übersicht Zum externen WeblinkProf. André Bresges, Professor für Physik an der Universität Köln, gibt einen kurzen Einblick in die Geschichte des Maßes in der katholischen Kirche und leitet einen kleinen Selbstversuch zum Thema Messen in der Physik an.
Zur Übersicht Zum externen WeblinkAnstiege in der Kinematik (Sek I) (Interaktives Tafelbild)
In diesem Tafelbild bekommt der mathematische Begriff des Anstiegs für die Schüler eine physikalische Bedeutung. Im Rahmen der gleichförmigen und…
Zum DownloadIn diesem Tafelbild bekommt der mathematische Begriff des Anstiegs für die Schüler eine physikalische Bedeutung. Im Rahmen der gleichförmigen und…
Zum DownloadAnstiege in der Kinematik (Sek II) (Interaktives Tafelbild)
Über das physikalische Problem, die Geschwindigkeit im s(t)-Diagramm abzulesen, soll in diesem Tafelbild die Verknüpfung zur mathematischen Ableitung…
Zum DownloadÜber das physikalische Problem, die Geschwindigkeit im s(t)-Diagramm abzulesen, soll in diesem Tafelbild die Verknüpfung zur mathematischen Ableitung…
Zum DownloadFlächeninhalte in der Kinematik (Sek I) (Interaktives Tafelbild)
In diesem Tafelbild wird die Bedeutung des Flächeninhaltes in der Kinematik behandelt. Die Schüler sollen in dieser Stunde den Weg im…
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Zum DownloadFlächeninhalte in der Physik (Sek II) (Interaktives Tafelbild)
Die Bedeutung von Flächeninhalten in der Physik soll den Schülern mit diesem Tafelbild verdeutlicht werden. Zu Beginn wird den Schülern der…
Zum DownloadDie Bedeutung von Flächeninhalten in der Physik soll den Schülern mit diesem Tafelbild verdeutlicht werden. Zu Beginn wird den Schülern der…
Zum DownloadGültige Ziffern mit Zehnerpotenzen
- Manchmal ist die Angabe der Lösung mit der richtigen Anzahl der gültigen Ziffern nicht direkt möglich.
- Die Umwandlung in eine größere Einheit ist eine Lösungsmöglichkeit.
- Durch den Einsatz von Zehnerpotenzen kannst du die Anzahl der gültigen Ziffern immer richtig angeben.
- Manchmal ist die Angabe der Lösung mit der richtigen Anzahl der gültigen Ziffern nicht direkt möglich.
- Die Umwandlung in eine größere Einheit ist eine Lösungsmöglichkeit.
- Durch den Einsatz von Zehnerpotenzen kannst du die Anzahl der gültigen Ziffern immer richtig angeben.
Exponentialfunktionen auswerten
- Exponentialfunktionen haben die Form \(f(x)=a\cdot b^x\) bzw. mittels \(e\)-Funktion ausgedrückt \(f(x) = a \cdot e^{k \cdot x}\)
- Aus Messwerten kannst du die zugrundeliegende Exponentialfunktion mittels exponentieller Regression ermitteln.
- Bei Zerfallskurven, bei Absorptionskurven und bei Entladekurven von Kondensatoren handelt es sich um Exponentialfunktionen.
- Exponentialfunktionen haben die Form \(f(x)=a\cdot b^x\) bzw. mittels \(e\)-Funktion ausgedrückt \(f(x) = a \cdot e^{k \cdot x}\)
- Aus Messwerten kannst du die zugrundeliegende Exponentialfunktion mittels exponentieller Regression ermitteln.
- Bei Zerfallskurven, bei Absorptionskurven und bei Entladekurven von Kondensatoren handelt es sich um Exponentialfunktionen.
Erstellen von Diagrammen (Animation)
Die Animation zeigt das Erstellen eines Diagramms zur Veranschaulichung von Messwerten.
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Zum DownloadLösen von Gleichungen - Einführung - Produktgleichung Kurzform (Animation)
Die Animation zeigt ein "Lösungsdreieck" als Hilfsmittel zum Auflösen einer einfachen Produktgleichung der Form \(a=b \cdot c\) nach den…
Zum DownloadDie Animation zeigt ein "Lösungsdreieck" als Hilfsmittel zum Auflösen einer einfachen Produktgleichung der Form \(a=b \cdot c\) nach den…
Zum DownloadGrundgrößen und abgeleitete Größen - Gleichheit von Streckenlängen (Animation)
Die Animation zeigt das Verfahren zur Überprüfung der Gleichheit zweier Streckenlängen.
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Zum DownloadGrundgrößen und abgeleitete Größen - Vielfachheit von Streckenlängen (Animation)
Die Animation zeigt das Verfahren zur Bestimmung des Vielfachen einer Streckenlänge.
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Zum DownloadGrundgrößen und abgeleitete Größen - Gleichheit von Stromstärken (Animation)
Die Animation zeigt das Verfahren zur Überprüfung der Gleichheit zweier Stromstärken.
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Zum DownloadLösen von Gleichungen - Einführung - Produktgleichung (Animation)
Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Produktgleichung der Form \(a=b \cdot c\) nach den drei in der Gleichung auftretenden Größen.
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Zum DownloadLösen von Gleichungen - Einführung - Quotientengleichung (Animation)
Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Quotientengleichung der Form \(a=\frac{b}{c}\) nach den drei in der Gleichung auftretenden Größen.
Zum DownloadDie Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Quotientengleichung der Form \(a=\frac{b}{c}\) nach den drei in der Gleichung auftretenden Größen.
Zum DownloadLösen von Gleichungen - Fortführung - Quotientengleichung (Animation)
Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Quotientengleichung der Form \(\frac{a}{b}=\frac{c}{d}\) nach den vier in der Gleichung…
Zum DownloadDie Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Quotientengleichung der Form \(\frac{a}{b}=\frac{c}{d}\) nach den vier in der Gleichung…
Zum DownloadLösen von Gleichungen - Fortführung - Produktgleichung (Animation)
Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Produktgleichung der Form \(a \cdot b=c \cdot d\) nach den vier in der Gleichung auftretenden…
Zum DownloadDie Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Produktgleichung der Form \(a \cdot b=c \cdot d\) nach den vier in der Gleichung auftretenden…
Zum DownloadLösen von Gleichungen - Fortführung - Stammbruchgleichung (Animation)
Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Stammbruchgleichung der Form \(\frac{1}{{{a}}} = \frac{1}{{{b}}} + \frac{1}{{{c}}}\) nach den drei…
Zum DownloadDie Animation zeigt das schrittweise Auflösen einer Stammbruchgleichung der Form \(\frac{1}{{{a}}} = \frac{1}{{{b}}} + \frac{1}{{{c}}}\) nach den drei…
Zum DownloadMethode der kleinen Schritte - Näherungsweise konstante Beschleunigung (Animation)
Die Animation zeigt, dass auch bei einer ungleichmäßig beschleunigten Bewegung die Beschleunigung in kleinen Zeitintervallen näherunsweise konstant…
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