Lehrer-Toolbox
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Der Zweck dieser Lektüre
In diesem MINT-Labor wird der Schwerpunkt untersucht, indem der Arm des Clawbots manipuliert wird, um die Gewichtsposition auf dem Roboter zu verlagern - und so seinen Schwerpunkt zu beeinflussen -, während er über unebene Oberflächen fährt. Diese erste Lesung soll das Konzept des Schwerpunkts einführen, indem untersucht wird, wie der Schiefe Turm von Pisa geneigt werden kann, ohne umzufallen.
Den Schwerpunkt berücksichtigen
Jeder Gegenstand hat einen Schwerpunkt. Es handelt sich dabei um die Stelle am Objekt, an der die Schwerkraft auf einer Seite durch die Schwerkraft auf der gegenüberliegenden Seite ausgeglichen wird. Man kann es sich auch als die durchschnittliche Position des Gewichts eines Objekts vorstellen. Wenn der Schwerpunkt über der Basis des Objekts bleibt (dem Teil, der auf dem Boden ruht), fällt das Objekt nicht um.
Das Bild zeigt den berühmten Schiefen Turm von Pisa. Dieser Turm ist für seine deutliche Neigung bekannt, die etwa 4 Grad von der perfekten Vertikalen (senkrecht nach oben und unten) abweicht. Die Neigung des Pfeils im Bild können Sie mit den Säulen am Turm vergleichen. Obwohl der Turm so geneigt ist, liegt der Schwerpunkt noch immer über der Turmbasis und der Turm bleibt stehen! Würde man den Schiefen Turm im obigen Bild noch weiter verschieben, so dass er sich immer weiter neigt, bis der Pfeil den Sockel des Turms passiert, würde er umfallen.
Man kann auch an eine Wippe oder eine Waage denken. Der Drehpunkt, der Punkt der Wippe, auf dem das Brett ruht, liegt direkt unter dem Schwerpunkt der Wippe. Wäre dies nicht der Fall, würde die Wippe auf eine Seite fallen, anstatt auf und ab zu schwanken.
Erweitern Sie Ihr Lernen
Um diese Aktivität zu erweitern, bitten Sie Ihre Schüler, einen Bleistift auf ihren Zeigefingern zu balancieren. Fordern Sie Ihre Schüler auf, ihre Hände mit den Handflächen nach oben zu drehen und einen Bleistift senkrecht zu ihren Zeigefingern zu balancieren. Wenn es den Schülern gelingt, den Bleistift auszubalancieren, haben sie den Schwerpunkt des Bleistifts ermittelt.
Die Schüler können den Schwerpunkt eines Gegenstands, beispielsweise einer Tasse, auch ermitteln, indem sie einen Faden in die Mitte des Gegenstands kleben und an der Unterseite des Fadens ein Gewicht anbringen, beispielsweise einen Radiergummi oder einen anderen leicht schweren Gegenstand. Stellen Sie die Tasse auf ein Buch oder einen Schreibtisch und kippen Sie sie leicht. Bitten Sie die Schüler, zu beobachten, wie sich die Schnur im Verhältnis zur Basis des Objekts bewegt.
Lassen Sie die Schüler beobachten, wo sich die Schnur befindet, wenn das Objekt umzufallen beginnt. Den Schülern sollte auffallen, dass der Gegenstand zu fallen beginnt, wenn der Faden an seiner Basis vorbeigeht.