Wenn die Schüler einfache Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsvektoren beherrschen (bei denen sie sich in die gleiche Richtung bewegen), fordern Sie sie mit Situationen heraus, in denen die Vektoren nicht in die gleiche Richtung weisen. Studenten finden dieses Konzept oft herausfordernd, aber es muss nicht so sein. In dieser Übung erstellen die Schüler Vektordiagramme, die die Beschleunigung und Geschwindigkeit in verschiedenen Situationen veranschaulichen. Die folgenden vorgeschlagenen Szenarien sind in den Aktivitätsanweisungen enthalten. Sie können den Schülern jedoch mehrere zusätzliche Szenarien zur Veranschaulichung präsentieren, z. B. ein um eine Ecke fahrendes Auto oder eine Kanonenkugel, die aus einer Kanone abgefeuert wird.
Das Raumschiff bewegt sich auf einer Kreisbahn um die Erde. Sein Geschwindigkeitsvektor ändert sich ständig, auch wenn seine Geschwindigkeit konstant ist. Der Pfeil für den Beschleunigungsvektor zeigt zum Erdmittelpunkt, genauso wie die Kraft aufgrund der Schwerkraft wirken würde.
Der Geschwindigkeitspfeil ändert sich, wenn das Auto langsamer wird. Die Pfeilrichtung bleibt in Fahrtrichtung konstant. Die Größe des Geschwindigkeitspfeils nimmt ab, je langsamer das Auto wird. Der Beschleunigungspfeil wirkt entgegengesetzt zum Geschwindigkeitspfeil. Dies wird als negative Beschleunigung oder Verzögerung bezeichnet.
Der Geschwindigkeitsvektor zeigt in Fahrtrichtung und ändert sich, wenn der Ball seinem Weg folgt. Der Beschleunigungsvektorpfeil bleibt konstant, während sich der Ball in der Luft befindet. Der Pfeil zeigt direkt nach unten zur Erde.
(Diese Anweisungen sind vollständig anpassbar. Nachdem Sie auf "Aktivität kopieren" geklickt haben, aktualisieren Sie die Anweisungen auf der Registerkarte "Bearbeiten" der Aufgabe.)
Erstellen Sie Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsvektordiagramme für verschiedene Situationen.
Binden Sie die Schüler ein, indem Sie Bewegungen in der realen Welt mit einfachen Materialien wie Spielzeugautos, Bällen oder Murmeln zeigen. Vektoren in Aktion sehen hilft den Schülern, Diagramme mit physikalischer Bewegung zu verbinden.
Wählen Sie eine ebene Fläche und markieren Sie Start- und Endpunkte mit Klebeband. Definierte Grenzen halten die Aktivität organisiert und fokussiert.
Bringen Sie Pfeile an (aus farbigem Papier oder Haftnotizen), die an Ihrem bewegenden Objekt für die Geschwindigkeit angebracht sind, und platzieren Sie einen separaten Pfeil für die Beschleunigung. Farbkodierung hilft den Schülern, die beiden Vektoren schnell zu unterscheiden.
Rollen Sie das Objekt geradeaus, verlangsamen Sie es oder drehen Sie es, um Szenarien wie ein verlangsamendes Auto oder einen geworfenen Ball nachzuahmen. Pausen einlegen, um zu diskutieren, wie und warum sich die Pfeile verändern.
Herausforderung an die Schüler, zu skizzieren, was sie sehen, und die Vektoren von Geschwindigkeit und Beschleunigung zu beschriften. Aktive Teilnahme stärkt das Verständnis und fördert das Selbstvertrauen.
Geschwindigkeitsvektoren zeigen die Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung eines Objekts, während Beschleunigungsvektoren angeben, wie sich die Geschwindigkeit ändert. Beschleunigung kann die Geschwindigkeit, Richtung oder beides ändern.
Zeichne den Geschwindigkeitsvektor in die Richtung, in die sich das Auto bewegt, und mache ihn kürzer, wenn das Auto langsamer wird. Der Beschleunigungsvektor zeigt in die entgegengesetzte Richtung und zeigt negative Beschleunigung oder Verzögerung an.
Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsvektoren sind nicht immer ausgerichtet, weil die Beschleunigung die Richtung der Geschwindigkeit ändern kann, nicht nur ihre Geschwindigkeit. Zum Beispiel zeigt bei Kreisbewegung die Geschwindigkeit tangential zur Bahn, aber die Beschleunigung zeigt zum Zentrum.
In der Umlaufbahn ist der Geschwindigkeitsvektor tangential zur Bahn, und der Beschleunigungsvektor zeigt immer zum Mittelpunkt der Erde, wodurch das Raumfahrzeug in einer Kreisbahn gehalten wird, auch wenn seine Geschwindigkeit konstant bleibt.
Der beste Weg ist, reale Szenarien (wie Autos, Bälle oder Raumfahrzeuge) zu verwenden, Vektordiagramme zu zeichnen und Schüler Visualisierungen erstellen zu lassen. Das hilft den Schülern zu verstehen, wie Beschleunigung und Geschwindigkeit in verschiedenen Situationen interagieren.