Naturwissenschaft und Technik Set

Das Power Car

Untersuche die Geschwindigkeit und Zugkraft eines angetriebenen Fahrzeugs mithilfe unterschiedlicher Anordnungen von Zahnrädern und Rädern.

45-90 Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
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1. Themaeinführung

(5-10 Minuten)

Jack und Jill testen ihr Power Car auf den Rampen hinter dem Haus. Der Spaßfaktor ist groß und außerdem eine gute Übung für Zog, um auf Draht zu bleiben. Das Fahrzeug läuft auf ebenem Grund einwandfrei. Mit den Rampen hat es aber ziemliche Probleme.

Die Räder drehen durch, der Motor heult entsetzlich und das Fahrzeug hebt mit der Vorderseite vom Boden ab.

Jack ist der Meinung, das Fahrzeug müsste schwerer sein. Jill glaubt dagegen, dass sich das Getriebe für Bergauffahrten nicht eignet..

Kannst du ein Power Car basteln, das problemlos eine Rampe herauffährt? Finden wir es heraus!

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2. Aufbau

(20-25 Minuten)

Baue ein Power Car
(Alle Schritte in Heft 11A und Heft 11B bis Seite 9, Schritt 10.)

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Drücke den Batteriekasten-Schalter nach vorne, um den Motor zu starten

Überprüfe, ob sich alle Räder frei drehen können, ohne an den Seiten des Power Cars zu reiben

Baue die Testrampe
Zeichne auf dem Brett eine Startlinie und 2 Meter davon entfernt eine Ziellinie ein. Setze das Brett so auf einem Gegenstand auf, dass sich die Ziellinie 50 cm über dem Boden befindet.

Tipp:
Das Power Car kann auf der Rampe mitunter recht schnell fahren. Daher empfiehlt es sich, das Brett an der Rampenausfahrt gegen die Wand zu stellen, damit das Fahrzeug nicht herunterfällt.

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3. Beobachtung

(20-25 Minuten)

Welches Fahrzeug ist bergauf am schnellsten?
Um bergauf zu fahren, muss das Power Car so schnell wie möglich sein.

Versuche zuerst abzuschätzen, in welcher Zeit das Power Car A 2 Meter bergauf fährt. Stelle dann deine Vorhersage auf die Probe. Mache dann dasselbe mit den Power Cars B, C und D.

Führe jeden Versuch mehrmals durch, um ein genaues Ergebnis sicherzustellen. Die Testergebnisse können sich je nach Rampenoberfläche unterscheiden.

Das Power Car A (Seite 9, Schritt 10) benötigt für 2 m Bergauffahrt ca. 4 Sekunden.

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Das Power Car B (Seite 10, Schritt 11) benötigt für 2 m Bergauffahrt ca. 3 Sekunden.

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Das Power Car C (Seite 11, Schritt 12) benötigt für 2 m Bergauffahrt ca. 10 Sekunden.

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Das Power Car D (Seite 12, Schritt 13) benötigt für 2 m Bergauffahrt ca. 7 Sekunden.

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Das schnellste der vier Fahrzeuge ist mit großen Rädern und dem 1:1-Zahnradgetriebe Power Car B.

Schon gewusst?
Der Umfang des kleinen Rads beträgt 9,6 cm.
Der Umfang des großen Rads beträgt 13,6 cm.

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Sonderaufgabe: Wie steil darf die Rampe sein?
Kann dein Power Car auch steilere Rampen bezwingen? Setze das Brett so auf einem Gegenstand auf, dass die Ziellinie um 70, dann 80, 90 cm über dem Boden ist. Probiere dann aus, welches der Power Cars (A, B, C oder D)
am besten eine steile Rampe hinauffahren kann.

Power Car C kann die steilsten Rampen bezwingen.

4. Ausbau und Verbesserung

(25-30 Minuten)

Wie stark ist dein Power Car?
Bastle einen Schlitten, den du dann mit einer Schnur am Hacken auf der Rückseite deines Power Cars befestigst.

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Lade dann ein paar Bücher auf den Schlitten auf.

Versuche zuerst zu schätzen, wie groß die Last ist, die die Power Cars A und C ziehen können. Probiere dann aus, welches Power Car die schwersten Lasten ziehen kann.

Power Car C (Seite 11, Schritt 12) kann die schwersten Lasten ziehen. Die Testergebnisse können sich je nach Oberfläche der Teststrecke unterscheiden.

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Versuche auch, an der Vorderseite des Power Cars ein Gegengewicht anzubringen.

Dadurch bleibt die Vorderseite des Wagens am Boden und das Power Car erhält stabilere Fahreigenschaften.

Tipp:
Verwende den Gewichtsstein als Gegengewicht.

Versuche mit verschiedenen Rad- und Getriebekombinationen die optimale Zugkraft zu erreichen.

Welche Last kann dein stärkstes Power Car ziehen?

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Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden die folgenden Konzepte untersuchen:

  • Wissenschaftliche Untersuchung
  • Mechanismen - Getriebeübersetzung
  • Die Auswirkungen der Belastung auf die Reibung; Reibung reduzieren
  • Entfernung, Zeit, Kraft und Neigungswinkel
  • Raddurchmesser und Umfang
  • 9686 Naturwissenschaft und Technik Set (ein Set pro Zweiergruppe empfohlen)
  • Maßstab oder Maßband
  • Brett – 240 cm oder länger
  • Kleine Bücher oder ähnliche Gegenstände, die als Last dienen
  • Stoppuhr oder Uhr

NwT / NT

  • naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg
  • technische Arbeitsmethoden
  • Objekt mit Antrieb konstruieren und ggf. zeichnerisch darstellen
  • Übersetzungen (Getriebe)
  • Kräfte (Gewichtskraft, Reibungskraft)
  • Geschwindigkeit und Bewegungen
  • Arbeit
  • Tabellen
  • bewerten und ggf. optimieren

Technik

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

AWT / AL

  • Kraftübertragung z.B. in einem Getriebe

BNT

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

Physik

  • Experimente durchführen
  • Beobachtung und Erklärung unterscheiden
  • Kräfte
  • Kraftwandler
  • Arbeit
  • Reibung
  • sprachliche und grafische Darstellungsformen nutzen
  • Messgrößen

Materialien für Schülerinnen und Schüler

Schülerarbeitsblatt

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