Lernpfad Energie/Leistung: Zeit spielt manchmal eine Rolle und Licht und Schatten: Unterschied zwischen den Seiten

Aus ZUM-Unterrichten
< Lernpfad Energie(Unterschied zwischen Seiten)
Main>Peterdauscher
 
main>Redaktion buhv
K (→‎Weblinks: erg.)
 
Zeile 1: Zeile 1:
{{Lernpfad Energie}}
{{Kurzinfo-1|Idee}}
== Armbrust und alte Uhr ==
Wir betrachten zwei "Maschinen" ohne Motor.


==Schatten==


{{Arbeiten|NUMMER=5.1: Armbrust und Energie|ARBEIT=
===Wie entsteht Schatten?===
[[Datei:200910311250MEZ Saalburg-Museum, Gastraphetes.jpg|miniatur|Griechische Armbrust]]
 
Das eine ist nochmal eine Armbrust. Wir haben gesehen, dass man beim Spannen der Armbrust Energie aus den Muskeln sozusagen in die Armbrust hineinsteckt und diese Energie "auf Knopfdruck" auf den Bolzen übertragen wird.
{{Frage|Kann man über seinen eigenen Schatten springen?}}
Wir wissen auch, dass die Menge an Energie beim Spannen und beim Schuss nicht mehr werden kann.
 
{{Versuch|:Eine Glühlampe beleuchtet einen undurchsichtigen Gegenstand. Mit einem Blatt Papier wird der Schattenraum ausgemessen.}}
Eine vielleicht etwas ketzerische Frage: Wenn man durch die Verwendung der Armbrust keine Energie gewinnt (sondern eher ein bisschen verliert), weshalb wirft man den Bolzen nicht einfach? Dann bräuchte man immerhin nicht die ganze Zeit eine schwere Armbrust mit sich herumschleppen?
 
 
[[Bild:Opt_003.gif|center]]
 
{{Merke|:Schatten entsteht an der lichtabgewandten Seite eines lichtundurchlässigen Körpers. Dort fehlt das Licht, das der Körper verschluckt.
}}
}}


{{Versuch|:Zwei Leuchten werden so aufgestellt, das zwei Schatten entstehen. Die Schatten sollen zusammenlaufen.}}




{{Arbeiten|NUMMER=5.2: Alte Uhr und Energie|ARBEIT=
[[Bild:Opt_004.gif|center]]
[[Datei:Schwarzwalduhr-1-CTH.JPG|miniatur|Schwarzwälder Uhr]]
 
Eine andere, ebenfalls nur mit Muskelkraft betriebene Maschine ist eine alte mechnaische Uhr. Auch diese wird sozusagen mit Muskelenergie betrieben: Man muss sie alle 1-2 Tage aufziehen, d.h. die Gewichte werden mit Hilfe einer Handkurbel wieder nach oben gezogen.
 
Wieder eine etwas ketzerische Frage: Auch hier muss der Mensch alle Energie selbst erbringen. Weshalb betreibt der Mensch die Uhr also nicht direkt mit Muskelkraft, sondern verwendet den "Umweg" über die Uhrgewichte?
{{Versuch|:Die Schattenbildung durch eine ausgedehnte Lichtquelle (Leuchtstoffröhre) wird gezeigt.}}
 
'''Ergebnis:''' Die Schattenabstufung verschwindet.
 
Eine schattenfreie Ausleuchtung erreicht man durch Milchglas, Lichtbänder, und weiße Zimmerdecken.
 
{{Merke|:Hinter undurchsichtigen Körpern entsteht ein lichtfreier Raum, der Schattenraum. Auf einen Schirm, der in diesen Raum gebracht wird, entsteht eine Schattenfläche, der Schatten. Eine punktförmige Lichtquelle führt zu harten Schatten, mehrere zu Halb- und Kernschatten. Ausgedehnte Lichtquellen ergeben weiche Übergänge zwischen Licht und Schatten. Sie ermöglichen schattenfreie Beleuchtung.
}}
}}




Unsere beiden Maschinen gehen also sehr unterschiedlich.  
===Schatten im Weltraum===
* Die Armbrust überträgt die Spannenergie in extrem kurzer Zeit auf den Bolzen, der sie als Bewegungsenergie mitnimmt.
 
* Die Uhr gibt die Lageenergie sehr sehr langsam über einen großen Zeitraum hinweg an das Uhrwerk weiter. Dort wird sie durch die Reibung der Zahnräder usw. in Wärmeenergie umgewandelt.
Da im Weltraum Lichtquellen und Schattenkörper vorhanden sind; entstehen Schattenräume und Schatten.
 
====Tag und Nacht====
 
Die sonnenabgewandte Seite der Erde ist der Schattenraum der Erde. Durch die Drehung der Erde um ihre Achse entsteht so Tag und Nacht.
 
 
[[Bild:Opt_005.gif|center]]
 
 
====Mondphasen====
 
Auch der Mond hat eine von der Sonne beleuchtete und eine unbeleuchtete Seite.  
Da wir beim Umlauf des Mondes um die Erde unterschiedliche Anteile der beleuchteten Mondhälfte sehen, entstehen für uns die Mondphasen.


Die Zeit innerhalb derer Energieumwandlungen vor sich gehen, wir uns bislang noch nicht angeschaut. Das holen wir jetzt nach.


== Leistung als physikalische Größe ==
[[Bild:Opt_006.gif|center]]


{{Arbeiten|NUMMER=5.3: Leistung als umgewandelte Energie pro Zeiteinheit|ARBEIT=
Wir nehmen an, die Gewichte einer Pendeluhr fallen zwischen 14:00 Uhr und 15:00 Uhr um von 1,50m Höhe auf 1,48 Höhe; d.h. die Gewichte haben um 15:00 Uhr weniger Lageenergie als um 14:00 Uhr. Berechne, wie viel Lageenergie pro Sekunde die Uhr in Wärme umwandelt.
}}


Bei unserem Beispiel wirst Du vermutlich den Unterschied der Lageenergien durch den Zeitunterschied (in Sekunden) dividiert haben. Die Menge an umgewandelter Energie pro Zeit wird auch als '''Leistung''' (engl.: '''Power''') bezweichnet. Entsprechend ist das Formelzeichen <math>P</math>.
====Sonnenfinsternis====
 
Tritt der Mond bei seinem Umlauf um die Erde zwischen Erde und  Sonne, kann sein Schatten auf die Erde fallen. Im Bereich dieses Schattens ist die Sonne für die Betrachter ganz oder teilweise  durch den Mond verdeckt. Es entsteht so eine totale oder eine partielle Sonnenfinsternis.
 
 
[[Bild:Opt_007.gif|center]]
 
 
====Mondfinsternis====
 
Durchläuft dagegen der Mond ganz oder teilweise den Schattenraum der Erde, so wird er mehr oder weniger vollständig verdunkelt. Es entsteht eine totale oder partielle Mondfinsternis.
 
 
[[Bild:Opt_008.gif|center]]
 
 
 
;{{wpde|Mond|Monddaten}}:
:Mittlere Entfernung Mond- Erde: 384.405 km.
:Mondradius: 1738 km  (0,272 mal Erdradius).
:Mondmasse: 1/81 tel der Erdemasse (81 Monde haben die gleiche Masse wie die Erde).
:Wegen seiner geringen Masse kann der Mond keine Atmosphäre halten. Der Mond leuchtet nicht selber, er reflektiert nur das Licht der Sonne.
:Mondumlauf um die Erde:  27,3 Tage. In der gleichen Zeit rotiert er einmal um seine eigene Achse. Deshalb ist die Rückseite des Mondes nie zu sehen. Infolge der Atmosphärerosigkeit und der langsamen Umdrehung gibt es auf dem Mond starke Temperaturunterschiede.
:Nachtgebiet: minus 160 °C, Taggebiet plus 130 °C.
 


Wenn "Joule" die Einheit für die Energie ist und "Sekunde" die in der Physik typische Einheit für die Zeit, so ergibt sich fast zwingend, dass die Einheit für die Leistung <br>
==Weblinks==
<math>[P]=1 \frac{\text{Joule}}{\text{Sekunde}}  = 1 \frac{\text{J}}{\text{s}}</math><br>
*[http://www.math-help.de/physik/rsvph_00.htm#abs5 Einige PDF-Dateien zum Thema]
ist.<br>
Diese Größe ist gerade in der Technik sehr wichtig, aber auch z.B. beim Leistungs-EKG, bei dem der Patient auf einer Art Heimtrainer in einer bestimmten Zeit eine bestimmte Energie in seinen Muskeln umwandeln muss.
Deshlab hat diese Größe auch eine Abkürzung bekommen:<br>
<math>1 \frac{\text{J}}{\text{s}}=1\text{Watt}=1\text{W}</math>


{{Arbeiten|NUMMER=5.3: Leistung als umgewandelte Energie pro Zeiteinheit|ARBEIT=
==Unterrichtsmaterialien==
Drücke die Leistung der Uhrgewichte als Formel aus.
[http://www.buhv.de/schule/Bausteine-Grundschule/Licht-und-Schatten-(3.-4.-Klasse).html Licht und Schatten (3.+4. Klasse)], Bausteine Grundschule, 05/2007, [[Bergmoser_und_Höller_Verlag|Bergmoser + Höller Verlag AG]], ISSN 0934-3814
{{Lösung versteckt mit Rand|
<math>P=\frac{E_\text{Lage,nachher}-E_\text{Lage,vorher}}{t_\text{nachher}-t_\text{vorher}}=m\cdot g \cdot \frac{h_\text{nachher}-h_\text{vorher}}{t_\text{nachher}-t_\text{vorher}}</math><br>


Beim Einsetzen wird dir auffallen, dass der Wert, der herauskommt ein negatives Vorzeichen hat. Das ist kein Rechenfehler, sondern beschreibt einfach nur, dass das Uhrgewicht in der Zeit Energie abgibt, umgangssprachlich sozusagen ein "energetisches Minus macht".}}
== Siehe auch ==
}}
* [[Optik]]
* [[Physik]]


{{Arbeiten|NUMMER=5.4: Kilowattstunde|ARBEIT=
Auf "Stromzählern" findet man typischerweise als Einheit "kWh", also Kilowattstunde; eine in der Technik sehr gebräuchliche Einheit, die aber in der Physik nicht so häufig vorkommt.
Nimm Stellung dazu, welche Größe diese Einheit eigentlich beschreibt und rechne die Angabe "700kWh" in die Einheit um, die in der Physik gebräuchlich wäre.
}}


{{Arbeiten|NUMMER=5.5: Pferdestärke (PS): Alte Einheit auch für neue Autos |ARBEIT=
[[Kategorie:Unterrichtsreihe Optik]]
Auch wenn die Einheit längst veraltet ist: das PS (Pferdestärke) ist unter Motorfreunden nicht totzukriegen. Informiere dich im Internet, wie ein PS definiert ist und rechne die Angabe "143PS" in die entsprechende moderne physikalische Einheit um.
}}

Version vom 15. April 2009, 13:42 Uhr

Vorlage:Kurzinfo-1

Schatten

Wie entsteht Schatten?

Frage
Kann man über seinen eigenen Schatten springen?




Versuch: :Eine Glühlampe beleuchtet einen undurchsichtigen Gegenstand. Mit einem Blatt Papier wird der Schattenraum ausgemessen.

{{{2}}}



Opt 003.gif


Merke
Schatten entsteht an der lichtabgewandten Seite eines lichtundurchlässigen Körpers. Dort fehlt das Licht, das der Körper verschluckt.



Versuch: :Zwei Leuchten werden so aufgestellt, das zwei Schatten entstehen. Die Schatten sollen zusammenlaufen.

{{{2}}}



Opt 004.gif



Versuch: :Die Schattenbildung durch eine ausgedehnte Lichtquelle (Leuchtstoffröhre) wird gezeigt.

{{{2}}}


Ergebnis: Die Schattenabstufung verschwindet.

Eine schattenfreie Ausleuchtung erreicht man durch Milchglas, Lichtbänder, und weiße Zimmerdecken.


Merke
Hinter undurchsichtigen Körpern entsteht ein lichtfreier Raum, der Schattenraum. Auf einen Schirm, der in diesen Raum gebracht wird, entsteht eine Schattenfläche, der Schatten. Eine punktförmige Lichtquelle führt zu harten Schatten, mehrere zu Halb- und Kernschatten. Ausgedehnte Lichtquellen ergeben weiche Übergänge zwischen Licht und Schatten. Sie ermöglichen schattenfreie Beleuchtung.


Schatten im Weltraum

Da im Weltraum Lichtquellen und Schattenkörper vorhanden sind; entstehen Schattenräume und Schatten.

Tag und Nacht

Die sonnenabgewandte Seite der Erde ist der Schattenraum der Erde. Durch die Drehung der Erde um ihre Achse entsteht so Tag und Nacht.


Opt 005.gif


Mondphasen

Auch der Mond hat eine von der Sonne beleuchtete und eine unbeleuchtete Seite. Da wir beim Umlauf des Mondes um die Erde unterschiedliche Anteile der beleuchteten Mondhälfte sehen, entstehen für uns die Mondphasen.


Opt 006.gif


Sonnenfinsternis

Tritt der Mond bei seinem Umlauf um die Erde zwischen Erde und Sonne, kann sein Schatten auf die Erde fallen. Im Bereich dieses Schattens ist die Sonne für die Betrachter ganz oder teilweise durch den Mond verdeckt. Es entsteht so eine totale oder eine partielle Sonnenfinsternis.


Opt 007.gif


Mondfinsternis

Durchläuft dagegen der Mond ganz oder teilweise den Schattenraum der Erde, so wird er mehr oder weniger vollständig verdunkelt. Es entsteht eine totale oder partielle Mondfinsternis.


Opt 008.gif


MonddatenWikipedia-logo.png
Mittlere Entfernung Mond- Erde: 384.405 km.
Mondradius: 1738 km (0,272 mal Erdradius).
Mondmasse: 1/81 tel der Erdemasse (81 Monde haben die gleiche Masse wie die Erde).
Wegen seiner geringen Masse kann der Mond keine Atmosphäre halten. Der Mond leuchtet nicht selber, er reflektiert nur das Licht der Sonne.
Mondumlauf um die Erde: 27,3 Tage. In der gleichen Zeit rotiert er einmal um seine eigene Achse. Deshalb ist die Rückseite des Mondes nie zu sehen. Infolge der Atmosphärerosigkeit und der langsamen Umdrehung gibt es auf dem Mond starke Temperaturunterschiede.
Nachtgebiet: minus 160 °C, Taggebiet plus 130 °C.


Weblinks

Unterrichtsmaterialien

Licht und Schatten (3.+4. Klasse), Bausteine Grundschule, 05/2007, Bergmoser + Höller Verlag AG, ISSN 0934-3814

Siehe auch

Abgerufen von „https://unterrichten.zum.de/index.php?title=Lernpfad_Energie/Leistung:_Zeit_spielt_manchmal_eine_Rolle&oldid=91683“