Hebelgesetz: Einseitiger Hebel

Ein Hebel ist ein starrer und um eine Achse drehbarer Körper. In dieser Einheit wird der einseitige Hebel betrachtet. Wenn an einem solchen Hebel eine Kraft F1 mit einer Last F2 im Gleichgewicht ist und l1 der senkrechte Abstand (Kraftarm) zwischen der Wirkungslinie von F1 und dem Drehpunkt ist bzw. l2 der senkrechte Abstand (Lastarm) zwischen der Wirkungslinie von F2 und dem Drehpunkt ist, dann gilt das Hebelgesetz:
F1 * l1 = F2 * l2

Über einen digitalen Lernbaustein werden Inhalte zum zweiseitigen Hebel wiederholt. Zur Auseinandersetzung mit dem einseitigen Hebel wird eine problemorientierte Fragestellung aufgeworfen /entwickelt: "Ist der menschliche Arm ein effektiver Hebel?" Zur Lösung der Problemstellung muss erkannt werden, dass es sich beim menschlichen Arm um einen (einseitigen) Hebel handelt. Anschließend wird der Arm des Schülers/der Schülerin fotografiert sowie die relevanten Körperteile und die physikalisch relevanten Größen digital beschriftet und markiert. Mithilfe der physikalischen Größen und Beträge wird über das Hebelgesetz die aufgewendete Kraft des Arms bestimmt. Mithilfe des Hebelgesetzes und dem Foto sollen Schlussfolgerungen zur Effektivität des Arms als Hebel getroffen werden. Das Fachwissen wird über ein Erklärvideo gesichert. Am Ende wird zur Vertiefung ein eigener digitaler Lernbaustein zum einseitigen Hebel erstellt. Die Lernenden sollten über Vorwissen zum Thema „Kraft“ verfügen. Die Erstellung des Lernbausteines kann zeitsparender erfolgen, wenn man z.B. Gruppen von 6 Personen bildet.

Bewegung und Kraft

Für die Durchführung und die Auswertung stehen Hilfestellungen per QR-Code bereit. Es gibt die Option, neben der analogen Messung mit dem Maßband auch eine digitale Messung per App durchzuführen und diese Messung in seinem Foto aufzunehmen. Das Erklärvideo sollte idealerweise allein geschaut werden, sodass die Inhalte im individuellen Tempo unter Nutzung der Pause-Taste gelernt werden können. Die goldene Regel der Mechanik kann vertiefend thematisiert werden. Fragestellungen und Antwortmöglichkeiten für den Lernbaustein werden auf dem individuellen Niveau erstellt.

Die Messung von Kraft- und Lastarm kann sowohl analog mit einem Maßband als auch über eine App vorgenommen werden. Hier kann man jeweils Fehlerquellen diskutieren. Bei der digitalen Vermessung braucht es immer eine Referenzlänge im Bild.