Gleichgewicht
Inhalt
Standfläche
Du weißt aus Erfahrung, dass man dich schwer umstoßen kann, wenn du breitbeinig stehst. Sind deine Füße beisammen, geht dies leichter. Wenn du auf einem Bein stehst, genügt das Antippen mit einem Finger, dass du aus dem Gleichgewicht gerätst.
Der Grund für die unterschiedliche Standfestigkeit liegt in deiner Standfläche. Die Standfläche sind deine Füße und die Fläche dazwischen.
Je größer deine Standfläche ist, desto stabiler stehst du.
Stoppe die Zeit, wie lange du einbeinig stehen bleiben kannst.
Vergleiche die Zeit mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern.
Meine Zeit:
Stelle dich seitlich an die Wand.
Versuche, ein Bein zu heben.
Stelle dich ganz eng mit dem Rücken an die Wand.
Fersen und Rücken sollen die Wand berühren. Versuche, dich vorzubeugen.
Du fällst um
Wenn dein Schwerpunkt über deiner Standfläche ist, stehst du stabil. Verschiebt sich dein Schwerpunkt so, dass er sich nicht mehr über der Standfläche befindet, fällst du um.
Dies passiert, wenn du mit dem Rücken an einer Wand lehnst und dich nach vorne beugst. Genauso ergeht es dir, wenn du seitlich an der Wand stehst und ein Bein nach außen abwinkelst. Hier verringert sich zusätzlich die Standfläche, weil du zuvor beide Beine am Boden hattest, jetzt nur noch eines.
Nimm eine Schachtel.
Kippe sie zuerst leicht um eine Kante, dann immer stärker, bis sie letztlich umfällt. Stelle eine Vermutung auf, wann die Schachtel umkippt. Beachte die Lage des Schwerpunkts. Mache eine Zeichnung.
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Kippen
Befindet sich der Schwerpunkt eines Körpers über seiner Standfläche, so ist er stabil oder er wird in eine stabile Lage zurückkehren. Ist der Schwerpunkt außerhalb der Standfläche, kippt der Körper in eine neue Position. Diese ist eine neue stabile Lage.
Arten des Gleichgewichts
Wenn man einen Körper anstößt, so kann sich dieser vom Ausgangspunkt wegbewegen oder wieder dahin zurückkehren. Die Kugel links wird nach unten rollen, die Kugel in der Mitte wird zu einer anderen Stelle rollen und dort liegen bleiben. Die rechte Kugel wird immer wieder in die tiefste Lage zurückrollen.
Stabiles Gleichgewicht
Die Lage, in die ein Körper bei Auslenkung immer wieder zurückkehrt, wird stabile Gleichgewichtslage genannt. In dieser ist sein Schwerpunkt tiefer als in den benachbarten Lagen. Von den drei Kugeln ist nur die Kugel rechts im stabilen Gleichgewicht.
Stecke einen Stab auf unterschiedliche Weise in einen Holzklotz, sodass er sich drehen kann.
Halte den Stab mit dem Holzklotz in der Luft.
Links befindet sich der Klotz im unsicheren Gleichgewicht. Der Schwerpunkt befindet sich in der höchsten Lage und sinkt bei jeder Bewegung.
Steckt man den Stab in den Mittelpunkt des Holzklotzes, so befindet er sich im unbestimmten Gleichgewicht. Der Schwerpunkt bleibt stets auf gleicher Höhe.
Liegt der Schwerpunkt unter dem Aufhängepunkt, so wird er bei jeder Bewegung gehoben. Der Holzklotz befindet sich im stabilen Gleichgewicht.
Aufwärtsrollender Ball
Zwei gleich lange und dicke Kochlöffel oder Stifte werden in V-Form aufgelegt. Die beiden Enden, die weiter auseinanderstehen, werden so gelegt, dass sie höher als die beiden anderen Enden sind.
Lege einen kleinen Ball (z.B. einen Tischtennisball) auf das untere Ende der Kochlöffel oder Stifte.
Beobachte, was passiert.
Diskutiere mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern. Überlegt euch, wie sich der Schwerpunkt des Balls bewegt.
Stelle eine volle und eine leere Getränkeflasche nebeneinander auf.
Stelle fest, welche Flasche du leichter umstoßen kannst.
Erkläre.
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Training
Erkläre, wodurch jeweils die Standfestigkeit erhöht wird.
Schirmständer
Kran mit Betonplatten
Kran mit Stützen
Versuche, von einem Sessel aufzustehen, ohne dich nach vorne zu beugen.
Du darfst dich nicht mit den Händen abstützen und auch die Füße nicht unter den Sessel bringen.
Erkläre, warum es nicht gelingt.
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Standfläche
standflaeche.pdf · 285 kB
Zeichne jeweils die Standfläche ein.
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Zu viele Worte
Du hast nun schon viele Anleitungen zu Experimenten gelesen.
Karin hat für ihre Mitschülerinnen und Mitschüler eine Anleitung verfasst, die so in keinem Schulbuch stehen kann. Streiche alle Wörter weg, die unpassend für eine Anleitung sind, und führe dann das Experiment durch.
Diskutiere vergnügt mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern, warum sich dieses System in einem stabilen Gleichgewicht befindet.
Kreuze an, welche Wortart du gestrichen hast:
Diskutiert, warum diese Wörter nicht zu einer Versuchsanleitung passen.
papagei.pdf
94 kB
Schneide einen Papagei wie auf dem Bild aus Karton aus und lass ihn auf einer Stange sitzen.
Begründe, warum dies gelingt.
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Gib an, welche Kerze standfester ist.
Begründe deine Entscheidung.
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Setze die richtigen Wörter aus der Liste in die Lücken ein
Standfestigkeit – kleiner – Standfläche – Schwerpunkt – größer – standhaft – tiefer – Gleichgewicht
| Solange der |
| eines Körpers über der |
| liegt, fällt er nicht um. |
| Je |
| der Schwerpunkt eines Körpers liegt, desto |
| ist seine |
| . |
| Wenn man einen Körper in seinem Schwerpunkt unterstützt, kann man ihn im |
| halten. |
Kreuze jeweils die richtige Lösung an.
In welchem Gleichgewichtszustand befindet sich ein Stehaufmännchen?
Stabiles Gleichgewicht herrscht, wenn
Die Standfläche eines stehenden Menschen ist so groß wie
Bei der abgebildeten Figur ist der Schwerpunkt eingezeichnet.
Beschreibe, was mit dem Schwerpunkt geschieht, wenn die Figur gekippt wird.
Gib an, was geschieht, wenn man sie nach dem Kippen wieder loslässt.
Begründe.
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Gib an, wie weit sich das Mädchen zurücklehnen kann, ohne dass es umfällt.
Begründe.
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Markiere die Sätze in dem Text über den Judokampf, die einen physikalischen Zusammenhang beschreiben.
Erkläre diese Aussagen mit deinen Kenntnissen über das Gleichgewicht von Gegenständen.
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Merke
Ein Körper ist im Gleichgewicht, wenn sich der Schwerpunkt über seiner Standfläche befindet.
Ein Körper ist stabiler, je größer seine Standfläche, je tiefer sein Schwerpunkt und je größer sein Gewicht ist.
