Einfache Maschinen Set

Karussell

Untersuchen und verstehen, wie die Anzahl der Zähne am Zahnrad und deren Position bestimmen, wie schnell oder wie langsam ein Zahnrad ein anderes antreiben kann.

30-45 Min.
Einsteiger
Klassen 3–4
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1. Themaeinführung

5-10 Minuten

Wenn wieder Jahrmarkt ist, sind Sam und Sally kaum noch zu bremsen. Am allerliebsten fahren sie Karussell. Es macht einfach so viel Spaß, herumzuwirbeln und den Eltern und Freunden zuzuwinken!

Gefällt euch das Karussellfahren auch so sehr?
Was gefällt euch besonders daran?
Welche einfache Maschine wird wohl benötigt, damit sich ein Karussell dreht?

Lasst uns ein Karussell bauen!

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2. Aufbau

10-15 Minuten

1. Baue zunächst das Karussell-Modell A6 und lass es kreisen.
Befolge die Bauanleitung A auf den Seiten 34 bis 42 (Schritte 1 bis 11).

Nach dem Bau des Karussell-Modells A6 muss Folgendes überprüft werden:
Drehe die gelbe Kurbel, um dich zu vergewissern, dass das Karussell kreist.Vergewissere dich, dass die Minifigur sicher befestigt ist. Die Schüler können gerne Sam oder Sally mitfahren lassen. Sie sollten allerdings darauf hingewiesen werden, dass sich die vollen Umdrehungen des Karussells leichter zählen lassen, wenn nur eine Minifigur auf dem Karussell sitzt.

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Tipp
Die Schüler sollten daran erinnert werden, dass das Antriebszahnrad das
Zahnrad ist, das durch eine von außen wirkende Kraft in Drehung versetzt wird, also in diesem Fall von der Hand an der gelben Kurbel.

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3. Beobachtung

10-15 Minuten

2. Zähle die Zähne an den Zahnrädern. Beginne beim roten Punkt mit dem Zählen.

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Im Modell A6 werden zwei Zahnräder verwendet: ein Stirnrad mit 8 Zähnen und ein Kronenrad mit 24 Zähnen.

3. Sieh dir dann die Bilder der Modelle an und vergleiche das Karussell Modell A6 mit dem Karussell-Modell A7.
• Kreise die Unterschiede ein.
• Was fällt dir auf? Erläutere, worin sich die Modelle unterscheiden.
Die Schüler sollten die unterschiedliche Größe und Anzahl der Zahnräder bemerken, wenn sie das Modell A6 mit dem Modell A7 vergleichen.

4. Sieh dir als Nächstes die Bilder der Modelle an und triff eine Vorhersage.
Wenn ich das Modell A6 mit dem Modell A7 vergleiche, dann komme ich zu dem Ergebnis, dass sich das Karussell-Modell (A6/A7) schneller drehen müsste.
Regen Sie die Schüler dazu an, mit eigenen Worten zu erläutern, wie sich die verschiedenen Zahnräder auf die Karussells auswirken. Die richtige Vorhersage wäre hier das Modell A7. Allerdings ist es an dieser Stelle unerheblich, ob die Schüler mit ihrer Antwort richtig oder falsch liegen. Es geht hier nur darum, dass sie eine Vorhersage treffen, die später überprüft werden kann.

5. Teste das Karussell-Modell A6.
• Wenn Sam oder Sally sich genau einmal im Kreis drehen sollen, wie oft musst du dann die Kurbel drehen?
Lassen Sie die Schüler die Ausgangspositionen der Kurbel und der Minifigur beobachten. Regen Sie die Schüler dazu an, mehr als einen Versuch durchzuführen, um sicherzustellen, dass ihre Beobachtungen richtig sind. Die Schüler müssen ihre Antwort auf dem Schülerarbeitsblatt eintragen.

Die Schüler müssen mit der Kurbel drei volle Umdrehungen ausführen, damit Sam oder Sally auf dem Karussell-Modell A6 eine volle Umdrehung macht. Das Verhältnis von 3:1 bedeutet, dass hier eine Untersetzung vorliegt (denn 24/8 = 3/1), d. h. das Karussell dreht sich langsam. Die Schüler sollten darauf hingewiesen werden, dass durch die Anordnung der Zahnräder in einem Winkel eine Übertragung der Drehbewegung in eine um 90 Grad versetzte Richtung ermöglicht wird.

Hinweis: Falls dies möglich ist, sollten Sie ein Exemplar des Karussell-Modells A6 aufgebaut lassen, damit die Schüler es mit dem Karussell-Modell A7 vergleichen können.

6. Baue das Karussell-Modell A7 und lass es kreisen.
Befolge die Bauanleitung A auf den Seiten 44 bis 52 (Schritte 1 bis 11).
Regen Sie die Schüler dazu an, die Zahnräder zu identifizieren und die Zähne an den Zahnrädern zu zählen. In dem Modell werden vier Zahnräder verwendet: zwei kleine Stirnräder (8 Zähne), ein Kronenrad (24 Zähne) und ein großes Stirnrad (40 Zähne).

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7. Teste das Karussell-Modell A7.
Wenn du die Kurbel dreimal im Kreis drehst, wie oft drehen sich dann Sam oder Sally?
Lenken Sie die Aufmerksamkeit der Schüler auf die Ausgangspositionen der Kurbel und der Minifigur, wie bereits zuvor beschrieben wurde. Regen Sie die Schüler dazu an, mehr als einen Versuch durchzuführen, um sicherzustellen, dass ihre Beobachtungen richtig sind.

Drei Umdrehungen des 40-zahnigen Zahnrads bewirken fünf volle Umdrehungen des Karussells. Das Übersetzungsverhältnis ist 3:5 (denn 24/40 = 3/5), d. h. das Karussell kreist in einem viel schnelleren Tempo.

Tipp
Es empfiehlt sich, die Schüler zu zweit arbeiten zu lassen, damit ein Schüler die Minifigur beobachten kann, während der andere eine volle Umdrehung mit der Kurbel ausführt.

8. Ziehe eine Schlussfolgerung und überprüfe deine Vorhersage.
Das Karussell-Modell A7 dreht sich schneller, weil das Antriebszahnrad 40 Zähne besitzt und das angetriebene Zahnrad 24 Zähne

4. Ausbau

10-15 Minuten

Die Schüler sollten dazu angeregt werden, die auf dem Schülerarbeitsblatt dargestellten Zahnradanordnungen 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 erläutern, wie sich die betrachtete Zahnradanordnung 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 im Kreis drehen, damit sich das Karussell einmal dreht? 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 ein Zahnradgetriebe (mehrere ineinandergreifende Zahnräder) oder ganz alltägliche Maschinen und Mechanismen zeichnen zu lassen, in denen Zahnräder zum Einsatz kommen. Lesen oder zeigen Sie zur Anregung den Abschnitt „Übersicht: Zahnräder“.

Weitere Optionen
Bei fortgeschrittenen Schülern könnten Sie in Erw.gung ziehen, Getriebe oder Übersetzungsverhältnisse einzuführen. Fragen Sie, worum es sich beim Übersetzungsverhältnis handelt und wie viel schneller oder langsamer sich das Karussell im Vergleich zur Kurbel drehen wird.

Unterstützung für Lehrkräfte

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

• Verringerung der Drehgeschwindigkeit
• Steigerung der Drehgeschwindigkeit
• Zahnradanordnung in einem Winke

Das Set 9689 LEGO® Education Einfache Maschinen

NwT / NT
• naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg
• technische Arbeitsmethoden
• Produkt konstruieren und ggf. zeichnerisch darstellen
• Kräfte (Gewichtskraft, Reibungskraft)
• Übersetzungen (Getriebe)
• Tabellen
• bewerten und ggf. optimieren

Technik
• technischen Gegenstand konstruieren
• Zahnräder
• Getriebe
• Messwerte erfassen
• Konstruktion zeichnerisch darstellen
• beurteilen und verbessern

AWT / AL
• Kraftübertragung in einem Getriebe

BNT
• mehrteiliges Objekt herstellen
• Antrieb nutzen
• Herstellungsprozess eines Produktes beschreiben
• vergleichen und optimieren
• Experimente durchführen

Physik
• einfache Maschinen (Zahnradgetriebe, Hebel, Flaschenzug)
• Experimente durchführen
• Beobachtung und Erklärung unterscheiden
• Kräfte
• Kraftwandlern
• Reibung
• sprachliche und grafische Darstellungsformen nutzen
• Messgrößen

Materialien für Schülerinnen und Schüler

Schülerarbeitsblatt

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