Naturwissenschaft und Technik Set

Die Briefwaage

Erkunde die wissenschaftlichen Grundlagen von Hebeln und Zahnrädern, dem Wiegen von Gewichten und Kalibrieren von Waagen.

45-90 Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
letter-balance-connect

1. Themaeinführung

5-10 Minuten

Jack und Jill haben sich an ihrer Schule einen Post- und Lieferservice eingerichtet. Sie haben nun vor, Briefe zu schreiben und an all ihre Schulfreunde zu versenden.

Damit die Poststelle möglicht wirklichkeitsgetreu wird, hat Jill sogar interessante Briefmarken entworfen. Nun wiegt sie die Briefe, um herauszufinden, wie diese frankiert werden müssen.

Jack würde die neue Poststelle auch gerne benutzen, um seiner Großmutter ein schweres Paket zu senden – sie hat schließlich bald Geburtstag. Er packt das Paket ein und will es nun wiegen um zu sehen, welche Briefmarken er benötigt... aber leider sieht es so aus, als ob die Briefwaage mit dem schweren Paket nicht zurecht käme.

Können Jack und Jill dieses Problem lösen, damit Jack wirklich die richtigen Marken auf Großmutters Paket klebt?

Kann Jill ein Gerät erfinden, das die verschiedenen Gewichte der Briefe und Pakete messen kann, die ihr die Mitschüler zum Versenden bringen? Finden wir es heraus!

letter-balance-connect

2. Aufbau

20-25 Minuten

Baue die Briefwaage zusammen
(Alle Schritte in Heft 6A und Heft 6B bis Seite 11, Schritt 20.)

letter-balance-building-instructions-front-page

Feineinstellung der Waage
Der Zeigerarm sollte sich leichtgängig bewegen und nach jedem Wiegevorgang zum selben Ausgangspunkt zurückkehren. Wenn der Arm fest hängt, kontrolliere, ob die Achslager zu fest sitzen. Verschiebe das Gegengewicht auf der Achse so, dass der Zeiger auf dem Nullpunkt der Skala steht.

Tipp:
Damit Waagen wirklich genau arbeiten, müssen sie richtig eingestellt sein. Achte darauf, dass deine LEGO Briefwaage vor dem Wiegen stets korrekt justiert ist.

Schon gewusst?
Auch wenn man es auf den ersten Blick nicht sieht, ist eine Briefwaage prinzipiell ein zweiseitiger Hebel.

Der Brief übt dabei die Kraft aus, mit der das Gegengewicht angehoben wird. Kannst du ermitteln, wo sich der Drehpunkt befindet?

letter-balance

Trage deine Markierungen mit einem abwischbaren Folienstift auf der blauen Kunststoffscheibe auf oder übertrage die Scheibenform auf ein Blatt Papier und schneide sie aus. Trage die Skalenmarkierungen auf und befestige die Papierskala auf der blauen Kunststoffscheibe.

letter-balance-blue-plastic-disk

3. Beobachtung

20-25 Minuten

Hand und Gerät im Vergleich
Nehme 5 Gegenstände und wiege sie mit der Hand. Ordne Sie dann in einer Reihenfolge vom leichtesten zum bis zum schwersten Gewicht. Beziehe dabei auch das große Rad (16 g) und den Gewichtstein (53 g) ein. Schreibe deine Gewichtschätzungen auf. Wiege die Gegenstände nun auf der Waage. Waren deine Schätzungen gut? Hast du die Gegenstände in der richtigen Gewichtreihenfolge geordnet?

Tipp:
Normalerweise können wir schwerere Gewichte besser einschätzen. Die Maschine liefert aber fast immer genauere Ergebnisse.

letter-balance-hand-vs-machine

Schulpoststelle
Ein Postdienst eignet sich hervorragend als tägliche oder wöchentliche Aktivität und ist sicher einen Versuch wert! Stelle deine eigenen Umschläge, Briefe und Pakete her. Gestalte deine eigenen Briefmarken und fange an, die Sendungen zu wiegen.

Tipp:
Verschiebe das Gegengewicht weit nach oben. Möglicherweise musst du auch den Zeiger verstellen. Mit dieser Einstellung kannst auch bei leichten Briefen einen größeren Zeigerausschlag erzielen. Allerdings benötigst du dann eine neue leere Skala, die du einteilen musst. Als Einheiten können z.B. Cent oder Briefmarken angezeichnet werden.

letter-balance-post-office

Schwergewichte
Wie können Pakete mit einem Gewicht von mehr als 150 g gewogen werden? Diese Frage kann die Lehrkraft an die Schüler weitergeben und aus den Antworten eine Liste erstellen.

Baue das Modell bis Seite 11, Schritt 21 weiter und bringe ein zweites Rad an der Gegengewichtsachse an. Nun musst du eine weitere leere Skala beschriften oder die Kunststoffskala neu einteilen.

Suche ein paar schwerere Gegenstände, die du wiegen kannst. Findest du zwei verschiedene Sachen, die fast dasselbe Gewicht aufweisen?

letter-balance-heavy-weights

4. Ausbau und Verbesserung

25-30 Minuten

Geldbeutel
Kann man eine größere Anzahl gleicher Münzen auch schneller zählen als Stück für Stück?

Baue das letzte Waagenmodell mit Rundskala auf (Seite 16, Schritt 12).

Beginne mit einer leeren Skala. Wiege nacheinander 5, 10 und 20 Münzen und markiere dabei die Zeigerpositionen auf der Skala. Jetzt kannst du den Rest der Skala mit der Maßeinheit Cent oder Euro einteilen. Teste nun die Skala mit einem kleinen

Beutel voller Münzen oder mit einem kleinen Münzhaufen!

letter-balance-money-bags

Die schlaue Waage
Viele Dinge, die wir wiegen wollen, benötigen einen Behälter, z.B. Wasser in einem Glas, Schokolade in einer Schachtel oder auch die Münzen in einem Sparschwein – wie können wir herausfinden, was diese Inhalte ohne ihren
Behälter wiegen? Hier kann die Lehrkraft die Klasse befragen und diskutieren lassen – vielleicht hat einer der Schüler die Idee, die Waage nach dem Beschweren mit dem leeren Behälter auf Null zurückzustellen.

Zunächst muss das Gewicht des Behälters abgezogen werden

  1. Schneide eine Kopie der eingeteilten Rundskala aus, befestige sie an der Modellskala und setze den Zeiger zurück.
  2. Stelle ein Kunststoffglas auf den Wiegeteller.
  3. Stelle den Zeiger auf Null zurück. Messe nun 100 ml Wasser in einem Messbecher ab.
  4. Gebe das Wasser in das Kunststoffglas ... die Waage sollte nun 100 g anzeigen! Beim Zurücksetzen des Zeigers wird das Gewicht des Behälters praktisch subtrahiert. Auf diese Weise können wir das Nettogewicht (also das reine Inhaltsgewicht) bestimmen.
letter-balance-pointer

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden die folgenden Konzepte untersuchen:

  • Mechanismen verwenden - Hebel und Getriebe
  • Materialien und Komponenten kombinieren
  • Testen Sie, bevor Sie Verbesserungen vornehmen
  • Gewicht messen
  • Waagen kalibrieren
  • Wissenschaftliche Untersuchung
  • 9686 Naturwissenschaft und Technik Set (ein Set pro Zweiergruppe empfohlen)
  • Abwischbare Folienstifte zur Einteilung der Skala
  • Schere, Farbstifte, alte Umschläge, Papier und Klebeband zur Anfertigung von Briefen und Briefmarken
  • Verschiedene kleine Gegenstände mit einem Gewicht von unter 150 g
  • Eine kleine Tasche, gefüllt mit Münzen derselben Art
  • Ein leichtes Plastikglas
  • Messbecher
  • Wasser

NwT / NT

  • naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg
  • technische Arbeitsmethoden
  • Produkt konstruieren und ggf. zeichnerisch darstellen
  • Übersetzungen (Getriebe; Hebel)
  • Kräfte (Gewichtskraft, Reibungskraft)
  • Tabellen
  • Messungen durchführen
  • bewerten und ggf. optimieren

Technik

  • technischen Gegenstand konstruieren
  • Zahnräder, Hebel
  • Messwerte erfassen
  • Konstruktion zeichnerisch darstellen
  • beurteilen und verbessern

BNT

  • Herstellungsprozess eines Produktes beschreiben
  • vergleichen und optimieren
  • Experimente durchführen
  • Messwerte erfassen

Physik

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

Materialien für Schülerinnen und Schüler

Schülerarbeitsblatt

Download to view and share the student worksheet.

Teilen mit:

Google ClassroomGoogle Classroom