Seifenkistenrennen

• Lesen Sie sich das Online-Material für Schülerinnen und Schüler durch. Zeigen Sie diese Materialien im Unterricht mit einem Beamer.
• Es ist wichtig, dass Sie ausgeglichene und unausgeglichene Kräfte im Unterricht bereits besprochen haben.
• Berücksichtigen Sie dabei die Fähigkeiten und den Lernstand aller Schülerinnen und Schüler. Differenzieren Sie die Aufgabe, damit alle einen Zugang dazu finden. Siehe dazu auch die Vorschläge zur Differenzierung im Abschnitt unten.

• Sehen Sie sich das Schülervideo hier an oder öffnen Sie es über das Online-Material für Schülerinnen und Schüler.

• Regen Sie eine kurze Diskussion über die Kräfte an, die bei einem Rennen bergab mit Gokarts oder Seifenkisten wirken.
• Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
  • Was ist ein Seifenkistenrennen? (Ein Rennen bergab mit Autos, die keinen Motor haben.)
  • Habt ihr schon mal so ein Rennen im Fernsehen gesehen?
  • Welche Kraft sorgt dafür, dass das Auto den Berg hinunterfährt? (Erdanziehungskraft)
  • Welche Kraft bremst das Auto? (Reibung)
  • Was muss ein Auto eurer Meinung nach haben, um zu gewinnen?
• Erzählen Sie der Klasse, dass sie eine Rampe bauen werden und ein Auto, das von der Erdanziehungskraft angetrieben wird. Dann sollen sie ein Experiment durchführen, um ein Muster bei der Bewegung des Autos zu finden.

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweierteams das Seifenkistenrennen-Modell bauen. Sagen Sie ihnen, dass sie sich abwechseln sollen: Einer fängt an, die Steine herauszusuchen, während der andere baut. Nach jedem Schritt wird gewechselt.
• Zusätzliche Unterstützung finden Sie im Abschnitt Tipps unten.

Experiment 1:

• Lassen Sie die Teams das Fahrgestell ohne Räder oben auf der Rampe platzieren und es loslassen. Dann sollen sie beobachten, was geschieht. (ggf. müssen sie dem Auto einen kleinen Schub geben)

Experiment 2:

• Lassen Sie die Teams jetzt ein eigenes einfaches Automodell entwerfen und bauen.
• Weisen Sie dabei auf Folgendes hin:
  • Baut eine Sicherheitsvorrichtung ein, damit die Minifigur am Steuer auf dem rutschigen Sitz bleibt. Das Rennen ist ungültig, wenn der Fahrer vor der Ziellinie aus dem Auto fällt!
  • Markiert mit einem Stein, wo das Auto eurer Meinung nach zum Stehen kommen wird. Messt diese vorhergesagte Distanz und notiert sie auf euren Arbeitsblättern.
  • Messt dann die tatsächlich zurückgelegte Distanz und notiert sie ebenfalls auf den Arbeitsblättern (Unterstützung für Lehrkräfte - Zusätzliche Ressourcen).
• Ermutigen Sie sie dazu, mit unterschiedlich großen Rädern, den Gewichtssteinen und anderen selbst gewählten Variablen zu experimentieren, um herauszufinden, wodurch das Auto am weitesten fährt.

• Versammeln Sie alle, um das Gelernte zu besprechen.
• Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
  • Wie ist das Auto ohne Räder die Rampe hinuntergefahren? (Es ist mit einer konstanten Geschwindigkeit hinuntergerutscht. Die Geschwindigkeit wurde durch die Reibung zwischen dem Auto und der Rampe bestimmt.)
  • Manchmal fällt der Fahrer aus dem Auto, wenn es plötzlich anhält. Warum bewegt sich der Fahrer weiter, nachdem das Auto angehalten hat? (Diese Kraft wird Trägheit genannt. Sie kann mit dem ersten Newtonschen Gesetz erklärt werden. Es besagt, dass sich ein in Bewegung befindlicher Körper so lange in dieselbe Richtung und mit derselben Geschwindigkeit bewegt, bis eine andere Kraft auf ihn wirkt.)
  • Was ist passiert, als ihr größere Räder am Auto befestigt habt? (geringerer Reibungswiderstand, schweres Auto/mehr Masse)

• Lassen Sie die Teams weitere fünf Minuten bauen und experimentieren, um herauszufinden, wessen Auto am weitesten fährt und warum.
• Falls die Zeit es erlaubt, lassen Sie sie den Gewichtsstein zu ihren Autos hinzufügen. Dann sollen sie vorhersagen, wie weit das Auto fahren wird, und ihre Vorhersagen auf den Arbeitsblättern notieren.
• Geben Sie den Teams ausreichend Zeit, um die Modelle auseinanderzubauen, die Steine zurück in die Schale zu sortieren und ihre Arbeitsplätze aufzuräumen.

• Ermutigen Sie die Teams durch Fragen dazu, „laut zu denken“ und so ihre Gedanken auszudrücken und die Entscheidungen zu begründen, die sie zum Lösen der Aufgabenstellung beim Bauen getroffen haben.

Checkliste für Beobachtungen

• Beurteilen Sie, wie gut die Schülerinnen und Schüler die Wirkung von ausgeglichenen und unausgeglichenen Kräften auf die Bewegung eines Autos beschreiben können, das nur mithilfe der Erdanziehungskraft fährt.
• Erstellen Sie eine geeignete Bewertungsskala. Zum Beispiel:
  1. Benötigt Hilfe
  2. Arbeitet eigenständig
  3. Kann anderen helfen

Selbsteinschätzung
Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler selbst den Stein auswählen, der am besten ihrer Leistung entspricht:

• Grün: Ich denke, ich habe die Wirkung von ausgeglichenen und unausgeglichenen Kräften auf die Bewegung eines Autos verstanden.
• Blau: Ich weiß, dass ich die Wirkung von ausgeglichenen und unausgeglichenen Kräften auf die Bewegung eines Autos verstanden habe.
• Lila: Ich kann die Wirkung von ausgeglichenen und unausgeglichenen Kräften auf die Bewegung eines Autos, das nur mithilfe der Erdanziehungskraft fährt, belegen.

Feedback von Mitschülern

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in ihren Teams über ihre Zusammenarbeit sprechen.
• Ermutigen Sie sie dazu, ihre Rückmeldungen wie folgt zu formulieren:
  • Ich fand es gut, wie/dass du …
  • Ich würde gern mehr darüber wissen, wie du …

Tipps zum Modell

• Weisen Sie darauf hin, dass die Bauanleitung mit dem Bau der Rampe beginnt. Hierbei sollen die Schülerinnen und Schüler die Steine auf dem Kopf zusammensetzen (S. 88 bis 96).
• Wenn die Modelle gemäß Bauanleitung fertig sind, haben sie noch keine Räder. Die Teams sollen die Modelle zuerst ohne Räder ausprobieren. Dabei sollen sie auf die Wirkung der Reibung und ggf. auf die Trägheit, durch die die Minifigur aus dem Auto fallen kann, achten.
• Wenn die Räder zu fest an das Chassis drücken, entsteht mehr Reibung und das Auto fährt langsamer. Deshalb wird das Auto weiter fahren, wenn sie etwas an den Rädern wackeln, um sie zu lockern.

Lösungsbeispiel

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Die Teams zunächst versuchen lassen, die Autos ohne Minifigur so weit wie möglich fahren zu lassen (mit möglichst einfachen Ideen)

Um die Aufgabe anspruchsvoller zu gestalten, können Sie Folgendes tun:

• Die Teams beobachten lassen, was geschieht, wenn die kleine Rampe unten an der großen Rampe entfernt wird
  • Falls die Zeit es erlaubt, sollen sie die kleine Rampe danach wieder anbauen und so anheben, dass das Auto einen kleinen Sprung macht.
  • Bei Bedarf können sie auch einige Steine an der Unterseite der Rampe anbringen, um sie besser abzustützen.
  • Ermutigen Sie sie dazu, ihre Autos so umzugestalten, dass sie sicher über die Rampe springen und trotzdem so weit wie möglich fahren.

(Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.)
Um die sprachliche Ausdrucksfähigkeit zu fördern, können Sie die Schülerinnen und Schüler einen Bericht oder ein kurzes Video erstellen lassen, in dem sie die Wirkung ausgeglichener und unausgeglichener Kräfte auf die Bewegung eines Autos erklären, das nur von der Erdanziehungskraft angetrieben wird.