Kaum ein Gerät ist so antiquiert und gleichzeitig so aktuell wie das Katapult. Im Mittelalter und in großen Fantasy-Blockbustern als Kriegsmaschine zur Belagerung der Festungen des Feindes eingesetzt, findet das Prinzip der Schleuder heutzutage großen Anklang in der Umsetzung von Apps für Tablets wie beispielsweise in „Angry Birds“. Aus gut verfügbaren Materialien wie Holz bestehend kann es leicht nachgebaut werden: Eine Astgabel, ein Gummiband und fertig ist die Steinschleuder, mit der man Dosentürme einstürzen lassen kann. Es wirkt zunächst als einfaches Prinzip: schnell hergestellt und dennoch große Effekte erreichend.
Zugleich ist das Katapult eine Apparatur, bei der mehrere physikalische Sachverhalte und Abläufe ineinandergreifen. Von Rotation über Drehmoment und Federkraft bis zum schiefen Wurf sind Aspekte im Ablauf zu finden, die dann schließlich zum Aufschlag des Geschosses führen. Über diesen Teil machen sich die Wenigsten Gedanken. Sie genießen die bildgewaltigen Kämpfe im Fantasy-Epos, ohne auf die Wurfparabel der Geschosse zu achten. Sicherlich, der CGI-animierte Einschlag ist ja auch imposanter.
In dieser Arbeit soll aber gerade deswegen ein Augenmerk auf die versteckten, nicht unbedingt kleinen Zusammenhänge gelegt werden. Dafür wird das Katapult von seiner theoretischen Seite her betrachtet und die relevanten physikalischen Aspekte werden erläutert. Im Anschluss daran werden experimentelle Untersuchungen und Videoanalysen verschiedener Katapultarten genutzt, um die theoretischen Erkenntnisse zu konkretisieren, bevor analysiert wird, wie die Filmstudios in Spielfilmen das Katapult und seine Wirkungen darstellen. Als Beispiele werden Peter Jacksons "Der Herr der Ringe - Die Rückkehr des Königs", "Wickie und die starken Männer" in der Realverfilmung von Michael "Bully" Herbig und Pixars Animationsfilm "Merida" dienen. Den Abschluss bildet eine Ausführung, wie diese Erkenntnisse im Physikunterricht genutzt werden können, um kontextorientiert und mediengestützt die verschiedenen Aspekte des Katapults zu vermitteln, wobei ein besonderes Augenmerk auf kooperatives Lernen gelegt wird. Im Anhang finden sich dazu Kopiervorlagen.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Vorbemerkungen
- Theorie der Katapulte
- Aufbau eines Katapults und Ablauf der Bewegung
- Hebel, Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit
- Energien im System des Katapults
- Die Wurfbewegung des Geschosses
- Katapulte in der Praxis
- Das selbstgebaute Gegengewichtskatapult
- Bau des Katapults
- Berechnung der theoretischen Reichweite
- Messreihen
- Bild- und Videoanalysen
- Das Gegengewichtskatapult mit variablem Drehmoment
- Messreihen
- Bild- und Videoanalysen
- Das Federkatapult
- Bild- und Videoanalysen
- Zusammenfassung Katapulte in der Praxis
- Filmszenenanalysen
- Der Herr der Ringe – Die Rückkehr des Königs
- Abschätzungen, Messungen und Festlegungen zur Überprüfung
- Überprüfung der Reichweite
- Überprüfung der Katapultkonstruktion
- Impuls des Geschosses
- Objektspurverfolgung
- Wickie und die starken Männer
- Abschätzungen, Messungen und Festlegungen zur Überprüfung
- Wurfweite des Federkatapults
- Überprüfung der Katapultkonstruktion
- Merida
- Abschätzungen, Messungen und Festlegungen zur Überprüfung
- Überprüfung der Flugparabel über den Scheitelpunkt
- Zusammenfassung Filmanalysen
- Umsetzung im Unterricht
- Vermittlung physikalischer Aspekte
- Behebung gängiger Präkonzepte
- Methodenvorschläge
- Medieneinsatz - Videoanalyse
- Medieneinsatz - „Fake Check“
- EggRace zur Förderung kooperativen Lernens
- Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit untersucht die Physik der Katapulte und ihre Anwendung im Physikunterricht. Ziel ist es, ein praxisorientiertes und mediengestütztes Lernkonzept zu entwickeln, das die Schüler*innen aktiv in den Lernprozess einbezieht und ihnen die Möglichkeit bietet, physikalische Prinzipien anhand von realen Beispielen zu erforschen.
- Analyse der Funktionsweise von Katapulten
- Anwendung physikalischer Gesetze auf das Katapult-System
- Entwicklung von Lernmaterialien für den Physikunterricht
- Einsatz von Medien zur Veranschaulichung und Analyse von Katapulten
- Förderung des kooperativen Lernens im Physikunterricht
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel führt in die Thematik der Katapulte ein und erläutert die Relevanz des Themas für den Physikunterricht. Kapitel zwei beleuchtet die theoretischen Grundlagen der Katapulte, wobei die Funktionsweise, die beteiligten physikalischen Gesetze und die verschiedenen Arten von Katapulten näher betrachtet werden. In Kapitel drei werden die Ergebnisse der praktischen Experimente mit selbstgebauten Katapulten präsentiert, inklusive Messreihen und Videoanalysen. Kapitel vier befasst sich mit der Analyse von Filmszenen, in denen Katapulte vorkommen, und untersucht die Realitätsnähe der Darstellung. Kapitel fünf zeigt die Umsetzung des entwickelten Lernkonzepts im Unterricht, wobei verschiedene Methoden und mediengestützte Ansätze vorgestellt werden. Das Fazit fasst die wichtigsten Erkenntnisse der Arbeit zusammen und diskutiert die Bedeutung des Themas für die Didaktik der Physik.
Schlüsselwörter
Katapulte, Physik, Physikunterricht, Kontextorientierung, Medieneinsatz, Videoanalyse, Präkonzepte, kooperatives Lernen, Filmszenenanalyse, Reichweite, Drehmoment, Energie, Wurfbewegung, Gegengewichtskatapult, Federkatapult, Didaktik der Physik.
- Quote paper
- Stefanie Rahder (Author), 2015, Physik der Katapulte, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/338826
