Die Einführung in den Impuls-Begriff kann anhand von Beispielen, Animationen oder Videos erfolgen, die etwa bei Zusammenstößen von zwei Körpern deren unterschiedliche Wechselwirkungen in Abhängigkeit von ihren Massen und Geschwindigkeiten aufzeigen. Nach der Definition des Impuls-Begriffes werden die Lernenden mit der Impuls-Erhaltung bei sogenannten elastischen und unelastischen Stößen vertraut gemacht. Durch entsprechende Beispiele wird gezeigt, wann neben der Impuls-Erhaltung auch die mechanische Energie-Erhaltung gilt beziehungsweise wann ein Teil der kinetischen Energie in Wärme umgewandelt wird.
Der mechanische Impuls – eine Einführung mit Fragestellungen und Aufgaben
Unterrichtseinheit
In dieser Unterrichtseinheit geht es darum, den Impuls-Begriff – eine der grundlegenden Größen der Physik – einzuführen. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Unterschiede von elastischen und unelastischen Stoß-Vorgängen kennen und berechnen
zahlreiche Übungsaufgaben.
- Physik / Astronomie
- Sekundarstufe I
- 2 Unterrichtsstunden
- Arbeitsblatt, Übung, Ablaufplan
- 3 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Unterrichtsablauf
Inhalt
-
Einstieg
Anhand von einfachen Versuchen, Videos oder Animationen wird der Impuls-Begriff vorgestellt und definiert.
10 Minuten -
Hinführung zum Impulserhaltungssatz
Mithilfe von Arbeitsblatt 1 wird gezeigt, wie sich der Impuls verhält, wenn ein sich bewegender Körper 1 auf einen zunächst ruhenden Körper 2 trifft (Übungsaufgabe 1). Daraus wird der Impuls-Erhaltungssatz abgeleitet und seine Bedeutung besprochen.
30 Minuten -
Hausaufgabe
Als Hausaufgabe soll die Übungsaufgabe 2 gelöst werden.
5 Minuten -
Ergebnisse herleiten
Das Ergebnis der Hausaufgabe wird kurz besprochen. Im Anschluss wird der zu Übungsaufgabe 3 (Arbeitsblatt) gehörige Versuch durchgeführt, bevor die Ergebnisse zu den Teilaufgaben a) bis d) hergeleitet werden (siehe Lösungen).
15 Minuten -
Vertiefung des Gelernten
Die Übungsaufgaben 4 und 5 ergänzen und vertiefen das Gelernte unter Einbeziehung des Energie-Erhaltungssatzes der Mechanik (Arbeitsblatt).
30 Minuten
Didaktisch-methodischer Kommentar
Das Thema "Mechanischer Impuls" im Unterricht
Der Impuls von sich bewegenden Körpern wird in der Umgangssprache häufig mit Begriffen wie "Schwung" und "Wucht" umschrieben, weil er den mechanischen Bewegungszustand eines physikalischen Objekts sowohl bei seiner Bewegung als auch beim Aufprall auf einen anderen Körper beschreibt. Der Impuls ist eine vektorielle Größe, das heißt er muss sowohl hinsichtlich seines Betrags als auch seiner Bewegungsrichtung betrachtet werden. Er charakterisiert dabei ausschließlich die Translationsbewegung des Massen-Mittelpunktes eines Körpers, während eine eventuell zusätzlich vorhandene Rotation des Objektes um den Massen-Mittelpunkt durch den Drehimpuls beschrieben wird.
Der mechanische Impuls zeigt sich in vielfältigen physikalischen Zusammenhängen wie etwa zusammenstoßenden Autos, aufeinander rollenden Kugeln oder auch beim radioaktiven Zerfall von Atomkernen. Stets benötigt man zur vollständigen physikalischen Beschreibung und Erklärung solcher Abläufe eine Impuls- und Energiebetrachtung. Dabei resultierte der Impuls-Begriff aus der Suche nach einem Maß für die in einem physikalischen Objekt vorhandene Menge an Bewegung, die aller Erfahrung nach bei allen inneren Prozessen erhalten bleibt – der Impuls wurde so zu einer grundlegenden physikalischen Größe zur Charakterisierung des mechanischen Bewegungszustandes eines physikalischen Objekts.
Vorkenntnisse
Vorkenntnisse von Lernenden sind bezüglich des Begriffes eher nicht zu erwarten; vielmehr werden aber Umschreibungen wie "Schwung" und "Wucht" bei der Bewegung und beim Aufprall – auch aufgrund zahlreicher Beispiele – das Verständnis für den Impuls-Begriff wecken.
Didaktische Analyse
Anhand des Sicherheitsgurtes im Auto kann die Bedeutung des Impuls-Begriffes bei plötzlichen Bremsmanövern und natürlich auch bei unfallbedingten Aufprallen verdeutlicht werden – das abrupte Abbremsen setzt gewaltige Kräfte frei, die durch den Gurt und den Airbag teilweise abgefangen werden können – "Schwung" und "Wucht" spürt man dann am eigenen Körper.
Bei einem unfallbedingten Aufprall sind die physikalischen Gesetzmäßigkeiten gut nachvollziehbar. So kommt es zum einen durch den Aufprall zu einem häufig fast vollständigen Geschwindigkeitsverlust mit dem Ergebnis, dass sich zum einen der Impuls durch massive Verformung der Karosserie von einem gegebenen Betrag auf nahezu Null ändert und zum anderen die kinetische Energie zur Verformung und Erhöhung der inneren Energie führt.
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Unterrichtsmaterial "Der mechanische Impuls" zum Download
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Das Arbeitsblatt zeigt neben der genauen Beschreibung und Erklärung des Impuls-Begriffes anhand von Herleitungen, wie es zu den physikalischen Gesetzmäßigkeiten kommt. Zudem ergänzen Fragestellungen und Übungsaufgaben die physikalischen Gegebenheiten.
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Das Arbeitsblatt zeigt neben der genauen Beschreibung und Erklärung des Impulsbegriffes anhand von Herleitungen, wie es zu den physikalischen Gesetzmäßigkeiten kommt. Zudem ergänzen Frage-stellungen und Übungsaufgaben die physikalischen Gegebenheiten.
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Dieses Arbeitsblatt enthält die Lösungen zu den Übungsaufgaben.
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Dieser Artikel ergänzt die Unterrichtseinheit um eine anschauliche Einführung in den Impuls-Begriff, die als Hintergrund für die Unterrichtsvorbereitung oder als Differenzierungsmaterial dienen kann.
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Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- wissen um die Bedeutung des mechanischen Impulses in vielen Bereichen der Physik.
- kennen die Unterschiede von elastischen und unelastischen Stoß-Vorgängen.
- können physikalische Beispiele erläutern und Übungsaufgaben berechnen.
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet.
- können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen.
Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
- setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.
- erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden ecetera wertfrei diskutieren zu können.
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