Einfache Maschinen Set

Verrückte Bretter

Finde heraus, inwieweit das Drehverhältnis zwischen zwei Rollen von der Größe der Rollen abhängt.

45-90 Min.
Könner
Klassen 3–4
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1. Themaeinführung

(5-10 Minuten)

Wenn wieder Jahrmarkt ist, sind Sam und Sally kaum noch zu bremsen. Dort gibt es eine lustige Attraktion, für die man einen guten Gleichgewichtssinn benötigt. Diese Bretter spielen verrückt! Sie bewegen sich mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und in verschiedene Richtungen. Es macht Spaß, sich auf diesen Brettern zu drehen und zu versuchen, nicht das Gleichgewicht zu verlieren und hinunterzufallen.

  • Bist du gut darin, dein Gleichgewicht zu halten?
  • Hast du schon mal verrückte Bretter gesehen?
  • Welche einfache Maschine wird benötigt, um die verrückten Bretter in Drehung zu versetzen?

Lasst uns verrückte Bretter bauen!

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2. Aufbau

(10-15 Minuten)

1. Baue zunächst das Verrückte-Bretter-Modell D6 und versetze es in Drehung.
Befolge die Bauanleitung D auf den Seiten 34 bis 54 (Schritte 1 bis 22).

Nach dem Bau des Verrückte-Bretter-Modells D6 muss Folgendes überprüft werden:

  • Vergewissere dich, dass sich die verrückten Bretter drehen, wenn du die gelbe Kurbel betätigst.
  • Vergewissere dich, dass Sam und Sally sicher befestigt sind.
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Hinweis:
Vergewissere dich, dass Sam und Sally so platziert sind, wie es auf dem Bild des Modells dargestellt ist.

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Tipp:
Die Schüler sollten daran erinnert werden, dass das Antriebsrad die Rolle ist, die durch eine von außen wirkende Kraft in Drehung versetzt wird, also in diesem Fall von der Hand, mit der die gelbe Kurbel betätigt wird.

3. Beobachtung

(10-15 Minuten)

2. Zähle die Rollen am Modell.

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In das Modell sind sieben Rollen eingebaut: Drei große graue Rollen und vier kleine gelbe Rollen.

3. Sieh dir dann die Bilder der Modelle genau an und vergleiche das Verrückte-Bretter-Modell D6 mit dem Verrückte-Bretter-Modell D7.

  • Kreise die Unterschiede ein.
  • Was fällt dir auf? Erläutere, worin sich die Modelle unterscheiden.
  • Den Schülern sollte auffallen, dass die Rollen am Modell D6 im Vergleich zum Modell D7 anders angeordnet sind.*

4. Sieh dir als Nächstes die Bilder der Modelle genau an und triff eine Vorhersage.
Wenn ich das Modell D6 mit dem Modell D7 vergleiche, komme ich zu dem Ergebnis, dass sich die Drehungen (Drehgeschwindigkeiten) auf Sams Seite und Sallys Seite bei dem Verrückte-Bretter-Modell (D6/D7) stärker voneinander unterscheiden.
Regen Sie die Schüler dazu an, mit eigenen Worten zu beschreiben, wie sich die unterschiedlichen Rollenanordnungen auf die verrückten Bretter auswirken. Die richtige Vorhersage wäre hier das Modell D7, weil sich die verrückten Bretter auf beiden Seiten des Modells mit unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen. Beim Modell D6 drehen sich beide Seiten im Verhältnis 1:1, d. h. die Bretter auf beiden Seiten des Modells bewegen sich mit derselben Geschwindigkeit. An dieser Stelle ist es jedoch unerheblich, ob die Schüler mit ihrer Antwort richtig oder falsch liegen. Wichtig ist nur, dass sie eine Vorhersage treffen, die später überprüft werden kann.

5. Teste das Verrückte-Bretter-Modell D6.

  • Wenn Sam oder Sally sich genau einmal im Kreis sollen, wie oft musst du dann die Kurbel drehen?
  • Lassen Sie die Schüler die Ausgangspositionen der Kurbel sowie von Sam UND Sally auf den verrückten Brettern beobachten. Regen Sie die Schüler dazu an, mehr als einen Versuch durchzuführen, um sicherzustellen, dass ihre Beobachtungen richtig sind. Die Schüler müssen ihre Antwort in das leere Feld neben der Kurbel eintragen.*

Die Schüler müssen mit der Kurbel ungefähr vier Umdrehungen ausführen, damit sich das Verrückte-Bretter-Modell D6 genau einmal im Kreis dreht. Dies entspricht einem Verhältnis von 4:1 , allerdings können die Antworten wegen des Durchrutschens (Schlupfes) variieren. Falls die Schüler mit den Basismodellen zu den Zahnrädern gearbeitet haben, sollten sie darauf hingewiesen werden, dass die Zahnradanordnung in einem Winkel unter den verrückten Brettern die Übertragung der Drehbewegung in einem 90-Grad-Winkel ermöglicht.

Hinweis:
Sofern dies möglich ist, sollten Sie ein Verrückte-Bretter-Modell D6 aufgebaut lassen, damit die Schüler es mit dem Verrückte-Bretter-Modell D7 vergleichen können.

6. Baue das Verrückte-Bretter-Modell D7 und versetze es in Drehung.
Befolge die Bauanleitung D auf Seite 56 (Schritt 1). Halte vorsichtig eines der Bretter fest, um es am Drehen zu hindern. Du wirst spüren, dass der Riemen durchrutscht.
Regen Sie die Schüler dazu an, Teile zu identifizieren, während sie das Modell testen. Sie können die Schüler auf das „Durchrutschen“ (siehe Glossar) hinweisen, das sie spüren können, wenn sie eines der Bretter vorsichtig festhalten, um es am Weiterdrehen zu hindern, denn das bewirkt das Durchrutschen des Riemens in der Rolle.

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7. Teste das Verrückte-Bretter-Modell D7.

  • Welche Seite des Verrückte-Bretter-Modells dreht sich schneller: Sams Seite oder Sallys Seite?
  • Lassen Sie die Schüler auf die Ausgangspositionen der Kurbel UND der Minifiguren achten. Regen Sie die Schüler dazu an, mehr als einen Versuch durchzuführen, um sicherzustellen, dass ihre Beobachtungen richtig sind. Die Schüler müssen ein S für schnell und ein L für langsam eintragen. Die verschiedenen Rollenanordnungen bewirken, dass sich Sam und Sally mit unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen. Das Antriebsrad ist mit der Kurbel verbunden. Folglich liegt auf der Seite, auf der Sam steht, eine Rollenanordnung mit Übersetzung vor. Sam dreht sich in einem viel schnelleren Tempo (S = schnell) als Sally. Für das viel langsamere Tempo (L = langsam) auf Sallys Seite ist die Rollenanordnung mit Untersetzung verantwortlich.*

8. Ziehe eine Schlussfolgerung und überprüfe deine Vorhersage.
Die beiden Seiten (verrückten Bretter) des Verrückte-Bretter-Modells D7 weisen den größeren Drehgeschwindigkeitsunterschied auf, weil bei beiden Brettern unterschiedliche Rollenanordnungen zum Tragen kommen.

4. Ausbau

(10-15 Minuten)

Die Schüler sollten dazu angeregt werden, die auf dem Schülerarbeitsblatt dargestellten Rollenanordnungen zu untersuchen und ihre Beobachtungen aufzuzeichnen.

Hinweis:
Für die Ausbau-Phase gibt es keine Bauanleitungen, an denen sich die Schüler orientieren können. Als Orientierungshilfe dienen ausschließlich die Illustrationen mit den Vorschlägen auf dem Schülerarbeitsblatt.

Regen Sie die Schüler dazu an, mit eigenen Worten zu beschreiben, wie sich die jeweilige Rollenanordnung auf die verrückten Bretter auswirkt. Stellen Sie zu diesem Zweck bspw. folgende Fragen:

  • Beschreibe, was passiert ist, als du die Kurbel gedreht hast.
  • Wie oft musstest du die Kurbel drehen, damit sich die verrückten Bretter genau einmal gedreht haben? Was meinst du, warum war das wohl so?
  • Beschreibe, wie das Modell funktioniert.
  • Was hast du gemacht, um sicherzustellen, dass deine Beobachtungen stimmen?

Es wird empfohlen, die Schüler verschiedene alltägliche Maschinen und Mechanismen zeichnen zu lassen, in denen Rollen zum Einsatz kommen. Lesen oder zeigen Sie zur Anregung den Abschnitt „Rollen“.

Weitere Optionen
Bei fortgeschrittenen Schülern könnten Sie in Erwägung ziehen, zusammengesetzte Riemenantriebe einzuführen. Rollen unterschiedlicher Größe an derselben Achse können per Riemen mit anderen Rollen verbunden werden, um komplexere Anordnungen mit Über- und Untersetzung zu bauen.

Unterstützung für Lehrkräfte

Bei dieser Übung bauen und testen die Schüler Modelle, in denen die folgenden von Rollen ausgeübten Funktionen zum Tragen kommen:

  • Verringerung der Drehgeschwindigkeit
  • Steigerung der Drehgeschwindigkeit
  • Drehrichtung
  • Änderung der Drehrichtung

Das Set 9689 LEGO® Education Einfache Maschinen

Sachunterricht

  • Rolle
  • planen, bauen, präsentieren
  • Anleitungen
  • Vorhaben arbeitsteilig planen und durchführenn

Mathematik

  • zwei- und dreidimensionale Darstellungen
  • nach Vorlage bauen

Materialien für Schülerinnen und Schüler

Schülerarbeitsblatt

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