Arbeitsblätter für Physik: Gravitationsfeld
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Das erste Thema (M 1) zu den Kegelschnittbahnen findet man auch in manchen Schulbüchern der Oberstufe, allerdings sind die Zusammenhänge oft nicht sehr übersichtlich dargestellt und zum Selbststudium geeignet. Die Intention der vorliegenden Ausarbeitung war daher, die Physik der Satellitenbewegung anschaulich darzustellen. Dazu dient das Simulationsprogramm „Umlauf.exe“, mit dessen Hilfe man wirklich sehen kann, welchen Einfluss die Veränderung der Startgeschwindigkeit auf die Bahnform hat. Die mit den Formeln berechneten Startparameter lassen sich mithilfe der Software direkt verifizieren.
Mit dem vorliegenden Material werden den Schülerinnen und Schülern einführende Informationen und Aufgaben zum Thema 'Mond' zur Verfügung gestellt. Der Fokus liegt dabei inhaltlich auf der ersten und zweiten kosmischen Geschwindigkeit.
Das Thema über die Swing-by-Technologie (M 3) orientiert sich an einem ganz konkreten Beispiel, nämlich der Bahn der amerikanischen Raumsonde Cassini (Start 1997 – Ankunft beim Saturn 2004). Das Thema ist nach wie vor aktuell, denn diese Raumsonde umkreist immer noch den Ringplaneten und wird auch in den nächsten Jahren eine Fülle von Datenmaterial zur Erde schicken. Daher kann es durchaus sinnvoll sein, diesem Thema ein Folgereferat anzuhängen, das die aktuellen Forschungsergebnisse dieser Raumsonde vorstellt.
Die SuS beobachten ein Demonstrationsexperiment zu einer neuen Form von Pumpspeicherkraftwerk und diskutieren gemeinsam über Energieformen und -träger. Die didaktischen Erläuterungen unterstützen die Lehrkraft bei der Planung, Durchführung und Reflexion des Unterrichts.
Wenn man Gravitation im Unterricht thematisiert, sollte ein kurzer Abstecher in die Welt der Schwarzen Löcher nicht fehlen (M 4). Erfahrungsgemäß fesselt dieses Thema Jugendliche enorm. Die Herleitung des Schwarzschildradius ist einfach und die Bedeutung dieser Grenzgröße damit sehr anschaulich – dennoch sollte man nicht versäumen, darauf hinzuweisen, dass es eher Zufall ist, dass hier der klassische Ansatz das gleiche Ergebnis liefert wie der relativistische. Den Schülerinnen und Schülern sollte auf jeden Fall klar sein, dass das Instrumentarium zur theoretischen Erforschung dieser extremen Körper in der allgemeinen Relativitätstheorie zu suchen ist.
Dieser Artikel skizziert den fachlichen Hintergrund für die Erzeugung und Analyse der drei Feldtypen – Gravitationsfeld, elektrisches Feld und Magnetfeld – und präsentiert auf S. 31 – 33 kurz verschiedene Messgeräte und Apparaturen.
Ein Artikel mit dem Titel „Billard: Der richtige Winkel“ bietet zahlreiche Lernanlässe für den Physikunterricht und der Autor stellt darin eine erstaunliche und zugleich fragwürdige Behauptung auf: „Schon ein Mensch, der daneben steht [neben dem Billardtisch], kann das Ergebnis [die Bahn einer gestoßenen Kugel] durch seine Anziehungskraft beeinflussen“.