Achterbahnprojekt
Das berauschende Spiel mit der Schwerkraft
Schwereloses Fliegen. Verschraubte Senkrechtstürze. Achterbahntechnologie von heute macht so ziemlich alles möglich.
„Menschen begeistern“ hat der VDI eine Broschüre zu naturwissenschaftlichen Berufen betitelt und die Überschrift in ein Bild einer Achterbahn eingefügt. Nicht nur Studenten, gerade auch Schülerinnen und Schüler lassen sich im trockenen Themenbereich der Mechanik begeistern, wenn die anspruchsvollen Inhalte mit interessanten Kontexten in Verbindung gebracht werden.
Die Achterbahn ist fester Bestandteil des Oktoberfestes und jeder größeren Kirmes. Schülerinnen und Schüler erleben gern den Nervenkitzel der hohen Geschwindigkeiten von mehr als 200 km/h, der Momente der extremen Seitenkräfte und der Schwerelosigkeit.
Die Unterrichtseinheit greift diese Begeisterung auf und erklärt die Bewegungsabläufe ausgehend von einfachen Bewegungen (freier Fall, waagerechter Wurf) bis hin zu komplexen Kreisbewegungen bei Klothoidenloopings.
Bestimmung der Momentangeschwindigkeit beim Sprung des Käfers über die Kante
Kopfballversuch: Planung, Durchführung und Auswertung eines Versuches zu einem Sprung eines bewegten Autos durch einen fallenden Ring
Der Schwerpunkt der Kompetenzentwicklung liegt neben den fachwissenschaftlichen Inhalten im Bereich des selbstbestimmten Lernens und Experimentierens. Die einführenden Versuche sind klassische Kopfballversuche, also Versuche bei denen ein bestimmtes Versuchsziel erreicht werden soll, ohne eine exakte Versuchsplanung und Durchführung vorzugeben. Insbesondere der 2. Kopfballversuch, die experimentelle Realisierung des Sprunges eines bewegten Autos durch einen fallenden Ring verdeutlicht die Anforderungen: vertiefte fachwissenschaftliche Vorüberlegungen werden eng mit experimentellem Geschick und einer ausführlichen mathematisch-physikalischen Auswertung verknüpft. Der Vorteil für die Lehrkraft liegt auf der Hand. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in Teilbereichen eigenständig und es verbleibt genügend Zeit, die Arbeit der Schüler zu beobachten, zu begleiten und zu bewerten. Dieser Versuch lässt sich zudem elegant per Video aufnehmen und mit der beiliegenden Software auswerten. Die Berechnungen der Schüler können auf einfachste Weise den automatisierten Berechnungen der Videoanalyse gegenübergestellt werden.
In einem 2. Teil zum Thema Kreisbewegungen wird ein Workbook eingesetzt, das die Schülerinnen und Schüler in einer Teamarbeitsphase in Kleingruppen bearbeiten. Eine optimale Abrundung der Unterrichtseinheit wäre natürlich der gemeinsame Besuch einer Kirmes mit einer gemeinsamen Achterbahnfahrt!
Die in dieser Unterrichtseinheit eine Rolle spielenden Kompetenzbereiche und die zugeordneten Inhalte können Sie der obigen Mind Map entnehmen.
Map in besserer Auflösung: pdf-Achterbahnprojekt
Achterbahn-Ausstellungsstand in den Borsighallen in Tegel (Leonhard und Achill)