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\newcommand{\authorname}{Thomas Kuster}
\newcommand{\titlename}{Physik: Lernaufgabe, Reibung}

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\date{\today}
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\begin{document}

\maketitle
\setcounter{section}{-1}

\section{Informationen zur Lernaufgabe}
\subsection{Unterrichtsfach, Autor}
Physik, \authorname{}

\subsection{Schultyp}
Untergymnasium (9. Schuljahr)

\subsection{Thema}
Mechanik, Reibung

\subsection{Allgemeine Vorkenntnisse}
Kraftbegriff

\subsection{Spezifische Vorkenntnisse}
Gewichtskraft

\subsection{Lehrbuch}
Es liegt kein Lehrbuch zugrunde

\subsection{Lehrbuch}
Die Lernaufgabe wurde keinem Lehrbuch entnommen.

\subsection{Das Neu}
Die Schüler führen selber ein Experiment durch und erarbeiten sich mit den gemessenen Daten das Reibungsgesetz ($F_R = \mu_G \cdot F_N$). Steht mehr Zeit zur Verfügung können die Aufgaben~\ref{sec:groessederauflageflaeche} bis \ref{sec:haftreibung} bearbeitet werden.

\subsection{Benötigtes Material für die Experimente}
\begin{itemize}
\item Holzklotz
\item Kraftmesser um die Zugkraft zu messen und die Gewichtskraft der Lasten.
\item Faden um den Holzklotz mit dem Kraftmesser zu verbinden bzw. um die Gewichteskraft der Lasten zu bestimmen.
\item A4-Karton und ein Messer sowie eine Schneidunterlage um den Karton halbieren zu können
\item Verschiedene Materialien die an den Klotz geklebt werden können.
\item Doppelseitiges Klebeband
\end{itemize}

\newpage
\section{Lernaufgabe: Reibung}
Einen Gegenstand über den Boden zu schieben braucht Kraft. Wir wollen nun mit einem Experiment ermitteln von welchen Gegebenheiten diese Kraft abhängt und wie sie berechnet werden kann.
%% TODO Formulierung ohne berechnet

Bearbeitet die Aufgaben zu zweit, jeweils mit der Person vor dir bzw. hinter dir (die vorderste Reihe mit der Zweiten, die Dritte mit der Vierten usw.).

\subsection{Welche Gegebenheiten beeinflussen die benötigte Kraft}\label{sec:einfluesse}
Du stösst eine grosse Kiste über den Boden (Abbildung~\ref{abb:kisteschieben}). Von welchen Gegebenheiten denkst du, hängt die Kraft ab die du dazu benötigen? Schreibe ein paar Vermutungen auf.

\begin{figure}
\centering
\input abbildungen/kiste_schieben.pdf_t
\caption{Schieben einer grossen Kiste}\label{abb:kisteschieben}
\end{figure}

\subsection{Messen der benötigten Zugkraft}\label{sec:gewichtskraftzugkraft}
Anstelle der grossen Kiste steht euch ein Holzklotz zur Verfügung. Verbinde den Holzklotz, mit einem Stück Faden, mit dem Kraftmesser und messt die benötigte Zugkraft, wenn ihr den Holzklotz gleichmässig über den Tisch zieht (siehe dazu Abbildung~\ref{abb:klotzziehen}).
\begin{figure}
\centering
\input abbildungen/klotz_ziehen.pdf_t
\caption{Messen der Zugkraft, beim gleichmässigen ziehen eines Klotz}\label{abb:klotzziehen}
\end{figure}

\subsection{Gewichtskraft und Zugkraft}\label{sec:gewichtskraftzugkraft}
In der Aufgabe~\ref{sec:einfluesse} habt ihr euch überlegt von welchen Einflüssen die Kraft abhängt. Überprüft nun ob die Zugkraft von der Gewichtskraft des Klotzes abhängt. Belaste dazu den Klotz mit verschiedenen Lasten\footnote{Ihr könnt irgendwelche Gegenstände nehmen (Etui, kleines Buch,\dots), die ihr auf den Klotz legen könnt und dessen Gewichtskraft ihr mit dem Kraftmesser messen könnt.} und messt jeweils die Zugkraft und die gesamte Gewichtskraft (inkl. Klotz). Trägt die Werte in die Tabelle~\ref{tab:messresultategewichtskraft} ein. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Gewichtskraft und der Zugkraft, wenn ja welchen?
\begin{table}[P]
\caption{Messresultate bei Änderung der Gewichtskraft}\label{tab:messresultategewichtskraft}
\centering
\begin{tabular}{lll}
Gewichtskraft & Zugkraft & Bemerkung\\
\hline\hline
\hspace*{0.2\linewidth} & \hspace*{0.2\linewidth} & \hspace*{0.4\linewidth}\\
\hline
& &\\
\hline
& &\\
\hline
& &\\
\hline
& &\\
\hline
& &\\
\hline
& &\\
\hline
& &\\
\hline
& &\\
\hline
& &\\
\hline
\end{tabular}
\end{table}

\newpage
\subsection{Grösse der Auflagefläche und Zugkraft}\label{sec:groessederauflageflaeche}
Klebt nun mit doppelseitigem Klebeband den A4-Karton unter den Klotz und misst die Zugkraft. Halbiert anschliessend den Karton und klebt das so entstandene A5 unter den Klotz. Legt das andere Stück auf den Klotz, damit die gesamte Gewichtskraft gleich bleibt. Messt wiederum die Zugkraft und halbiert anschliessend den Karton nochmals. Trägt die Werte in Tabelle~\ref{tab:messresulatetflaeche} ein. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Auflagefläche und der Zugkraft, wenn ja welchen?
\begin{table}
\caption{Messresultate bei Änderung der Fläche}\label{tab:messresulatetflaeche}
\begin{tabular}{llllll}
Versuch & Breite & Länge & Fläche & Zugkraft & Bemerkung\\
\hline\hline
A4-Karton & & & & & \hspace*{0.25\linewidth}\\
\hline
A5-Karton & & & & &\\
\hline
A6-Karton & & & & &\\
\hline
\end{tabular}
\end{table}

\subsection{Beschaffenheit der Oberfläche und Zugkraft}
Bis jetzt habt ihr den Klotz jeweils über die selbe Unterlage (euren Tisch) gezogen. Untersucht nun welchen Einfluss die Oberflächenkombination auf die Zugkraft hat. Wählt andere Unterlagen (Boden, Fenstersims,\dots) und verändert auch die Auflagefläche des Klotzes in dem ihr verschiedene Materialien (Alufolie, Filz,\dots) auf den Klotz klebt. Notiert die jeweiligen Materialien und die dazugehörige Zugkraft in Tabelle~\ref{tab:messresulatetoberflaeche}. Welche Kombination führt zur geringsten Zugkraft und welche zur grössten?
\begin{table}
\caption{Messresultate bei Änderung der Fläche}\label{tab:messresulatetoberflaeche}
\begin{tabular}{llllll}
Material Auflagefläche & Material Klotzoberfläche & Zugkraft & Bemerkung\\
\hline\hline
& & &\\
\hline
& & &\\
\hline
& & &\\
\hline
& & &\\
\hline
& & &\\
\hline
& & &\\
\hline
& & &\\
\hline
\end{tabular}
\end{table}

\subsection{Unterschiedliche Reibungsarten}\label{sec:haftreibung}
Führt den Versuch~\ref{sec:gewichtskraftzugkraft} nochmals durch, anstelle den Klotz gleichmässig über den Tisch zu ziehen, lest ihr die Zugkraft, möglichst kurz bevor der Klotz rutscht, ab. Ergänzt die Tabelle~\ref{tab:messresultategewichtskraft} um eine Spalte, in die ihr die gemessenen Werte einträgt. Wie gross ist diese Kraft im Vergleich zu der im Versuch~\ref{sec:gewichtskraftzugkraft} ermittelten? Wie würdet ihr die beiden Reibungen bezeichnen?

\end{document}