Brückenpfeilerversuche
Statik
Grundidee
Hier sind einige einfach durchführbare Versuche für eine Lernwerkstatt beschrieben: zwei Federwaagen mit einem querliegenden fast gewichtslosen Balken dienen als Modell einer Brücke. Darauf liegt ein verschiebbares 200-Gramm-Gewicht. Die Versuche behandeln die Themen Gewicht, Masse, Kraft, Kräftekonstanz und Drehmoment.
I Kräftekonstanz
Ab Klasse 3, wenige Minuten: das 200-Gramm-Gewicht wird zwischen den zwei „Brückenpfeiler“ platziert. Man liest auf den Skalen der zwei Waagen das Gewicht in Gramm ab. Dann rechnet man diese zwei Gramm-Zahlen. Egal wo man das Gewicht zwischen den zwei Pfeiler platziert: die Summe wird immer in etwa 200 Gramm sein. Siehe auch Brückenpfeilerversuch (Kräftekonstanz) ↗
II Linearität
Ab Klasse 7, etwa 30 Minuten: das 200-Gramm-Gewicht wird irgendwo auf der Skala zwischen den zwei Pfeiler platziert. Die möglichen Positionen reichen von -5 bis 5. Das ist der x-Wert. Das auf der linken Waage angezeigte Gewicht ist dann der y-Wert. Wie lautet die Funktionsgleichung für y=f(x)? Mehr unter Brückenpfeilerversuch (linear) ↗
III Drehmomente
Ab Oberstufe, etwa 30 Minuten: man kann eines der beiden Auflager des Brücken-Balkens willkürlich als Drehpunkt wählen. Dann kann man auf der Brücke mehrere - auch verschiedene - Gewichte auflegen. Solange die Brücke ruht, ist die Summe aller Drehmomente immer Null. Dabei werden linksdrehende Momente positiv und rechtsdrehende Momente negativ gerechnet. Über diesen Ansatz findet man letztendlich die auf die Pfeiler vertikal einwirkenden Kräfte. Siehe auch Brückenpfeilerversuch (Drehmomentengleichgewicht) ↗
Die Brückenversuche als Spiralcurriculum
Die Brückenpfeilerversuche kann man bereits in der Grundschule sinnvoll einsetzen. In dem Alter kann man das Ablesen einer Skala (Waage) üben, ein Gefühl dafür entwickeln, wie sich 200 Gramm anfühlen und begreifen, dass die Anzeigen der beiden Waagen zusammengerechnet immer dieselbe Zahl ergeben, egal wo man das Gewicht oben auf legt. Ab der Oberstufe bis hinein in ein Studium (Mechanik, Statik, Physik) kann man sich dann mit linearen Gleichungssystemen, Drehmomenten, Massepunkt und Schwerpunktsatz beschäftigen. Als Spiralcurriculum bezeichnet man eine Anordnung von Lehrinhalten, die über längere Zeiten öfters wiederkehren, und dabei immer neue Aspekte erkennbar machen.
