Experimentieren:digital – Ein Seminar zum digital-gestützten Experimentieren im Physikunterricht

Kontakt: Dr. Franz Boczianowski, AG Didaktik der Physik, franz.boczianowski@physik.hu-berlin.de

Druckwasserrakete mit Arduino

Einleitung

Die Druckwasserrakete stellt für viele ein sehr anschauliches und aufregendes Experiment dar und eignet sich nebenher auch noch hervorragend, um physikalische Sachverhalte und Modelle wie Impulserhaltung, beschleunigte Bewegung oder das ideale Gas zu diskutieren. Das Prinzip beruht auf dem Impulsübertrag des aus einem Wassertank ausströmenden Wassers, welches zuvor durch das Pumpen von Luft unter Druck gesetzt wurde. Interessante Fragestellungen sind z.B. die Untersuchung der Steighöhe in Abhängigkeit von der Füllmenge mit Wasser oder des im Drucktank aufgebauten Drucks. Leider beschränken sich Aussagen auf die Steighöhe mit konventionellen Mitteln eher auf grobe qualitative Abschätzungen. Daher haben wir uns zum Ziel gesetzt, dieses Experiment quantitativ zu vermessen. Dazu haben wir eine Druckwasserrakete mit einem auf einem Arduino beruhendem Messmodul ausgestattet.

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25. Juli 2017 | Veröffentlicht von Sebastian Tillack | Kein Kommentar »
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Modellversuch zu Gezeiten

Dass Ebbe und Flut durch die gravitative Wirkung des Mondes verursacht werden, ist den meisten Menschen bekannt. Doch wenn man dann weitere Fragen zum Thema Gezeiten stellt, bleibt oft nur Ratlosigkeit. In welchem Rhythmus wechseln Ebbe und Flut? Wie müssen Erde und Mond zueinander stehen, damit an einem bestimmten Ort auf der Erde Flut ist. Wieso ist auch auf der dem Mond abgewandten Seite Flut? Und welche Rolle spielt dabei eigentlich die Sonne? All diese Fragen zu beantworten ist gar nicht so simpel, wie man auf den ersten Blick meinen könnte. Daher wäre es doch toll, dieses astronomische Phänomen in Form eines Modells in den Klassenraum holen zu können. Möglich werden soll dies mithilfe des 3D-Drucks.

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24. Juli 2017 | Veröffentlicht von Sebastian Tillack | Kein Kommentar »
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Modellexperiment zur Rutherford-Streuung

In seiner Masterarbeit schlägt Vitali Heptin („Demonstrationsversuch zur Rutherfordstreuung“, 05.02.2013, Universität Bielefeld, verfügbar unter http://www.physik.uni-bielefeld.de/didaktik/ ) vor, zur Veranschaulichung der Rutherford-Streuung im Schulunterricht ein mechanisches Modell zu verwenden. Dazu wurde in einer Kugelbahn ein metallender Kegel eingearbeitet. Bei senkrechter Aufsicht ergeben sich für die den Kegel passierenden Kugeln Bahnkurven die der Rutherford-Streuung gleichen.

Mit Hilfe eines 3D-Druckers wurde von uns ein Kegel aus Kunststoff produziert. Dafür wurde ein OpenSCAD-Skript (Konstruktionsdateien für den 3d-Druck)verwendet, welches ein 3D-Modell einer allgemeinen Funktion z=f(x,y) erstellt. Dabei kann die Feinheit des zugrundeliegenden Gitters in der x-y-Ebene durch einen Parameter bestimmt werden. Bei größeren Werten, welche für das Erstellen der Druckdatei verwendet wurden, dauert die Berechnung des Modells einige Zeit (ca. 20min). Der Druck selbst benötigt fast einen Tag.

 

2. Juni 2017 | Veröffentlicht von Franz Boczianowski | Kein Kommentar »
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Projektpräsentation zum Treffen des Kollegs Didaktik:digital

Das Berliner Projekt Experimentieren:digital wurde am 12. Mai 2017 in Hamburg auf dem Treffen des Kollegs Didaktik:digital der Stiftung Joachim Herz vorgestellt.

31. Mai 2017 | Veröffentlicht von Franz Boczianowski | Kein Kommentar »
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Schiefe Ebene – Trägheitsmoment einer Rolle mit einem Smartphone bestimmen

Im Rahmen des Vorpraktikums der Kombinationsbachelor-Physikstudenten/innen des ersten Semesters an der Humboldt-Universität wurden wir, die Teilnehmer des Seminar „Experimentieren:digital“ im Kombinationsmaster im Fach Physik, mit der Aufgabe versehen eine Experimentierstation mit digitalen Messwerterfassungsystemen zu entwickeln.

Ich habe mich entschieden eine Station mit einem Smartphone zu entwickeln. Hierzu habe ich die bereits oft verwendete App PhyPhox genutzt. Der Vorteil von PhyPhox besteht darin, dass man bereits vorgefertigte Versuche nutzen kann. Ich habe mich für den Versuch „Rolle“ entschieden und diesen erweitert. Bei diesem Versuch kann mit Hilfe einer Rolle, in der man das Smartphone platziert, die Winkelgeschwindigkeit bestimmen. Aus der Winkelgeschwindigkeit und weiteren messbaren Größen sollten die Studierenden das Trägheitsmoment der Rolle bestimmen.

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30. Mai 2017 | Veröffentlicht von Tom Leonhardt | Kein Kommentar »
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Arduino – DHT11-Sensor

Dieser Artikel beschäftigt sich mit einem Arduino. Ein Arduino ist eine Physical-Comuputing-Plattform bestehend aus Soft – und Hardware. Die Entwicklungsumgebung basiert auf Processing und bietet den großen Vorteil auch weniger technisch bzw. programmierbegabten Leuten eigene kleine Programme zu schreiben. Für eine genauere Beschreibung, was ein Arduino ist, wie er aufgebaut ist und was er alles kann, wird auf den folgenden Link verwiesen: https://de.wikipedia.org/wiki/Arduino_(Plattform). In Kombination mit vielen Sensoren lässt sich mit einem Arduino eine sehr große Menge an Experimenten bzw. Möglichkeiten, um verschiedenste physikalische zu Größen bestimmen, herstellen. Dieser Artikel wird sich mit dem DHT11-Sensor auseinandersetzen. Dieser Sensor ist in der Lage, die Temperatur und die Feuchtigkeit zu messen.

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30. Mai 2017 | Veröffentlicht von Tom Leonhardt | Kein Kommentar »
Veröffentlicht unter Allgemein, Arduino

3D-Drucker – Brachistochrone

Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem 3D-Drucker und welche Möglichkeiten er für den Physikunterricht bietet. Im Rahmen des Seminars sollten sich alle Teilnehmer Gedanken darüber machen, wie man den 3D-Drucker im Unterricht integrieren kann. Generell lässt sich im Voraus sagen, dass man den 3D-Drucker nur bedingt aktiv im Unterricht einsetzen kann. Er glänzt eher als ergänzendes Werkzeug, mit dem relativ „schnell“ bestimmte Bauteile oder Figuren drucken lassen kann, die den Unterricht bereichern können. Hierzu verweise ich auf die weiteren Blog-Artikel, in denen es um den 3D-Drucker geht.

 

3D-Drucker:

Wir haben im Rahmen des Seminars den folgenden 3D-Drucker von Dremel verwendet. Neben dem Drucker braucht man zusätzliche die richtige Software, mit der man seine Figuren und Bauteile erstellen und bearbeiten kann. Hier gibt es mehrere Möglichkeiten. Es gibt z.B. die eigene Software von Dremel, openSCAD oder Tinkercad. Mit diesen Programmen kann man sich selbstständig oder vorgefertigte Figuren erstellen. Eine große Plattform von fertigen Bauteilen und Figuren bietet die Seite: Thingiverse. Hier findet man so gut wie zu jedem Themenbereich bereits von anderen Personen erstellte 3D-Druckformate.

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30. Mai 2017 | Veröffentlicht von Tom Leonhardt | Kein Kommentar »
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Experimentierstation Bestimmung der Lage des Beschleunigungssensors im Smartphone

In diesem Artikel wird eine Experimentierstation beschreiben, die Teil des Angebots des physikalischen Vorpraktikums 2017 der Humboldt-Universität war. Das Konzept, das Aufgabenblatt, ein Lösungsvorschlag, die Handreichung für die Betreuerinnen und Betreuer sowie die Bewertung der Durchführung sind als PDF-Dateien einzusehen.

 

Versuchsaufbau

 

5. Mai 2017 | Veröffentlicht von Stephen Mayer | Kein Kommentar »
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von Boyle-Mariotte und Amonton über Gay-Lussac hin zur thermischen Zustandsgleichung

Ziele: Es sollen die von den Physikern Boyle, Mariotte, Amonton und Gay-Lussac empirisch gefundenen, mathematisch formulierten und als Spezialfälle der thermischen Zustandsgleichung geltenden Zusammenhänge  zwischen Druck, Volumen und Temperatur bei isothermen, isochoren bzw. isobaren Bedingungen experimentell überprüft und nachvollzogen werden.  Die Messungenauigkeit der ermittelten Steigungen der V-p-, T-p- bzw. T-V-Diagramme soll zum einen über die Standardabweichugen der ungenaueren Steigungskomponente und zum anderen nach dem Setzen von Trendlinien durch das Mittel der Residiumsbeträge bestimmt und miteinander verglichen werden. Aus den Spezialfällen soll die thermische Zustandsgleichung theoretisch und experimentell hergeleitet werden und abschließend die absoluten Werte des Drucksensors rechnerisch geprüft werden.

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22. März 2017 | Veröffentlicht von Benedikt Käsbach | Kein Kommentar »
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Experimente zur Corioliskraft mithilfe des 3D-Druckers

Ziele: In diesen Wochen sollte ausprobiert werden, wie man den 3D-Drucker für Physik-Unterricht einsetzen kann. Ich entschloss mich dazu eine Veranscheulichung zur Corioliskraft herzustellen. Ziel war es dabei vor allem die Abhängigkeit der Kraft von der Geschwindigkeit eines in einem rotierenden System bewegten Körpers und von der Rotationsgeschwindigkeit untersuchbar bzw. erfahrbar zu machen. …weiterlesen »

22. März 2017 | Veröffentlicht von Benedikt Käsbach | Kein Kommentar »
Veröffentlicht unter 3D-Druck, Allgemein