Lerneinheit · Klasse 7/8 · Physik
Alles fällt gleich schnell?
„Fällt Schweres schneller als Leichtes — und wird etwas, das fällt, immer schneller?"
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- Thema im Lehrplan
- Freier Fall und Fallgesetz: Fallbeschleunigung g, Unabhängigkeit der Fallzeit von der Masse, Luftwiderstand und Endgeschwindigkeit, Kräftegleichgewicht beim Fallen.
- Fach
- Physik
- Klassenstufe
- Klasse 7/8
- Dauer
- ca. 50 min (2 Schulstunden) · 7 Missionen und 5 Übertragsaufgaben
Ablauf
- Der Fallturm — Stahlkugel, Feder und zwei Blätter Papier: Miss mit der Stoppuhr, was beim Fallen wirklich zählt. 4 Missionen: Schwer und leicht · Kugel und Feder · Ohne Luft · Zweimal dasselbe Blatt
- Wie schnell wird es maximal? — Ein Sprung aus 1000 m: Wird er immer schneller? Das Diagramm zeichnet die Geschwindigkeit mit. 3 Missionen: Der freie Fall · Der Schirm geht auf · Zwei Springer, gleiche Schirme
- Übertrag — 5 Aufgaben zu einer neuen Situation, ohne Simulation. Die eigenen Messreihen stehen daneben.
Der Denkfehler, an dem die Einheit ansetzt
„Schweres fällt schneller" — der Fehlschluss des Aristoteles, im Alltag scheinbar bestätigt, weil ein Blatt Papier tatsächlich langsamer fällt als ein Stein. Dazu kommt: „Was fällt, wird immer schneller." In Luft hört das bei der Endgeschwindigkeit auf. Beide Vorhersagen entscheidet eine Stoppuhr, nicht ein Gefühl.
Das sollen die Lernenden am Ende sagen können
Ohne Luft fallen alle Körper gleich schnell, ob Feder oder Stahlkugel: Die Erde zieht an einem schweren Körper stärker, aber genau so viel träger ist er auch. In Luft entscheidet die Form, nicht das Gewicht — ein zerknülltes Blatt fällt schneller als dasselbe Blatt flach. Und in Luft wird nichts immer schneller: Je schneller der Fall, desto stärker bremst die Luft, bis beides sich aufhebt. Diese Geschwindigkeit heißt Endgeschwindigkeit; sie liegt beim Fallschirm viel tiefer als beim freien Fall und ist bei mehr Masse etwas höher.
Tipp für den Unterricht
Der Aufbau nimmt den Alltag ernst, statt ihn zu übergehen: Mission 2 gibt der Alltagserfahrung recht (die Feder braucht sechsmal so lange), erst Mission 3 pumpt die Luft ab. Mission 4 trennt sauber, was der Alltag vermischt — zwei Blätter derselben Masse, eines flach, eines zerknüllt. Das lässt sich im Klassenraum in zehn Sekunden nachmachen, am besten vor dem Labor. Die Zahlen sind ein Modell mit gerundeten Erfahrungswerten (Endgeschwindigkeit einer Feder 0,6 m/s, eines Springers 55 m/s), keine Messung an echten Körpern.
So arbeiten die Lernenden
Vor jedem Versuch legen sie sich fest, was herauskommt — der Versuchsaufbau bleibt gesperrt, bis sie das getan haben. Dann zeigt der Versuch, ob die Vorhersage stimmte, und jedes Ergebnis landet in einer Messreihe. Die Regel wird nicht vorgesagt, sie ergibt sich aus den eigenen Messwerten. Sterne bewerten die Vorhersage, nicht den Fleiß.
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Beim Drucken kommt auf der zweiten Seite der Übertrag als Arbeitsblatt — für Klassen, die an der Tafel arbeiten. Die Lösungen stehen in der Handreichung.
denk.schule/einheit/alles-faellt-gleich-schnell/ · Inhalte: denk.schule, CC BY-SA 4.0
Übertrag: Alles fällt gleich schnell?
Name: ______________________________ Klasse: __________ Datum: __________
Jetzt ohne Fallturm und ohne Diagramm — nur mit deinen beiden Messreihen. Schreibe deine Antwort auf und begründe sie mit dem, was du gemessen hast.
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Auf dem Mond gibt es keine Luft. Ein Astronaut lässt gleichzeitig einen Hammer und eine Feder los. Was passiert?
- a) Beide kommen gleichzeitig an
- b) Der Hammer kommt deutlich früher an
- c) Die Feder schwebt und landet gar nicht
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Ein Blatt Papier segelt langsam zu Boden. Wie bekommst du es schneller nach unten, ohne etwas daran zu befestigen?
- a) Gar nicht — dafür ist es zu leicht
- b) Zusammenknüllen
- c) Aus größerer Höhe loslassen
- Ein Fallschirmspringer erreicht ohne Schirm etwa 55 Meter pro Sekunde. Wie viele Kilometer pro Stunde sind das? (Mal 3,6 rechnen.)
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Regentropfen fallen aus mehreren Kilometern Höhe. Warum tun sie trotzdem nicht weh?
- a) Weil sie so leicht sind, dass die Erde kaum an ihnen zieht
- b) Weil sie auf dem Weg nach unten langsamer werden
- c) Weil die Luft sie bremst, bis Ziehen und Bremsen gleich groß sind
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Zwei Springer mit gleichem Schirm, 60 kg und 90 kg. Auf dem Mond (ohne Luft) springen dieselben beiden mit demselben Schirm. Was gilt dort?
- a) Der schwerere ist wieder schneller unten
- b) Beide fallen gleich schnell, der Schirm nützt nichts
- c) Der Schirm bremst dort noch stärker