{"id":3229,"date":"2020-02-03T10:14:39","date_gmt":"2020-02-03T09:14:39","guid":{"rendered":"https:\/\/wordpress.nibis.de\/gymharen\/?p=3229"},"modified":"2020-01-31T10:24:47","modified_gmt":"2020-01-31T09:24:47","slug":"projekt-messen-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wordpress.nibis.de\/gymharen\/projekt-messen-2\/","title":{"rendered":"Projekt Messen"},"content":{"rendered":"\n

– ein f\u00e4cher\u00fcbergreifendes Projekt der F\u00e4cher Mathematik und Physik f\u00fcr die Jahrgangsstufe 9 – <\/h4>\n\n\n\n

F\u00fcr 16 Sch\u00fcler*innen des Jahrgangs 9\ngalt am Vormittag des 29.01.2020 \u201eLernen au\u00dferhalb des 45-Minuten-Taktes\u201c. In 4\nGruppen konnten sie sich einer Auswahl von 4 Lernstationen zum Thema \u201eMessen\u201c\nwidmen. Dieses Thema ist von erheblicher Bedeutung f\u00fcr die Naturwissenschaften,\ninsbesondere f\u00fcr die Physik, und erfordert an vielen Stellen mathematische\nKenntnisse und F\u00e4higkeiten. Es ist insbesondere im Zusammenhang mit der\nAusbildung beruflicher Qualifikationen zu sehen.<\/p>\n\n\n\n

Im Folgenden eine kurze Beschreibung der Lernstationen:<\/p>\n\n\n\n

Erste Station: Dem K\u00f6nig von Knetland wird geholfen – Das Eichproblem<\/strong>
Eine zentrale Fragestellung im Messwesen ist das Problem der Eichung, z.B. bei Massen, L\u00e4ngen, Zeitspannen, Temperaturen usw. Das Thema besitzt hohe Aktualit\u00e4t, da man vor kurzem die Festlegung aller physikalischen Einheiten umgestellt hat, indem man sie \u00fcber Naturkonstanten definiert. <\/p>\n\n\n\n

Unter Verwendung von Knetgummi und Balkenwaagen waren die Sch\u00fcler*innen aufgefordert, sich mit der Eichung von Massen zu besch\u00e4ftigen. Die Thematik wurde in eine fiktive Geschichte \u00fcber den \u2018K\u00f6nig von Knetland\u2019 eingekleidet, in der es darum geht, mit Hilfe des \u2018Urknets\u2019 (im realen Leben das Urkilogramm) die vielf\u00e4ltigen Probleme bei der Eichung von Massen und bei Massenbestimmungen zu l\u00f6sen.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Zweite Station: Messfehler<\/strong>
Bei dieser Lernstation gewannen die Projektteilnehmer*innen einen etwas tieferen Einblick in die Mathematik des Messens. Es wurden hohe Anforderungen an sie gestellt, da sie selbstst\u00e4ndig mathematische Grundlagen erarbeiten mussten, die im regul\u00e4ren Unterricht teilweise erst Jahre sp\u00e4ter behandelt werden. Zun\u00e4chst erfuhren die Sch\u00fcler*innen an einem einfachen Experiment (Hinabrollen einer Stahlkugel entlang einer Fahrbahn), dass keine Messung exakt richtig ist, es aber durch Ermittlung des Durchschnittswertes m\u00f6glich ist, nahe an den exakten Wert heranzukommen. Danach wurden zuf\u00e4llige Messfehler mit Hilfe der mathematischen Gr\u00f6\u00dfen \u2018arithmetisches Mittel\u2019 und \u2018empirische Standardabweichung\u2019 beschrieben. Anschlie\u00dfend konnte sichtbar gemacht werden, dass Messfehler trotz ihrer Zuf\u00e4lligkeit \u2018System\u2019 haben, weil sie n\u00e4mlich durch die ber\u00fchmte Gau\u00df\u2019sche Glockenkurve beschrieben werden k\u00f6nnen. Um dies nachzupr\u00fcfen, wurde die Laufzeit einer Kugel in einer Rinne mit genauen Stoppuhren 100 Mal gemessen. Die Auswertung der Messdaten ergab eine recht gute \u00dcbereinstimmung mit der Theorie. <\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Dritte Station: Die Messung der Zeit<\/strong>
Die Sch\u00fcler*innen konnten durch eigene Messungen feststellen, wie ungenau eine selbst gebaute elektro-mechanische Uhr war (Fehler etwa 0,05) und wie viel genauer eine aus Transistoren und Kondensatoren gebaute Flip-Flop-Uhr (Fehler kleiner als 0,003). Noch einmal viel genauer (Fehler: 0,00001) ist eine Quarzuhr und supergenau (Fehler: 0,000 000 000 000 015) ist die K\u00f6nigin aller Uhren, die C\u00e4sium-Atomuhr, wie die Projektteilnehmer*innen aus Lehrvideos erfuhren. Einige Sch\u00fcler*innen waren \u00fcberrascht von der unerwartet gro\u00dfen Ungenauigkeit von Quarzuhren.<\/p>\n\n\n\n

Wie lange ist eigentlich \u201edas Jetzt\u201c? Dieser Frage gingen die Sch\u00fcler(innen) beim Studium des Magazins \u201ema\u00dfst\u00e4be 6\u201c der PTB (P<\/strong>hysikalisch-T<\/strong>echnische B<\/strong>undesanstalt in Braunschweig) nach. Je nachdem, ob man Gehirnstr\u00f6me misst, oder ob man das Reiz-Reaktionsmuster untersucht, oder ob man das Empfinden von \u2018Gleichzeitig\u2019 oder \u2018Nacheinander\u2019 befragt, oder ob man die Funktion des Kurzzeitged\u00e4chtnisses erforscht, erh\u00e4lt man ganz unterschiedliche Antworten von 30 Millisekunden bis 3 Sekunden.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Vierte Station: Der Schall und das Problem Reize zu messen<\/strong>
Anhand von Gewichtsunterschieden 5 kg + 0,5 kg oder 100 g + 10 g konnten die Sch\u00fcler*innen selber erproben, dass f\u00fcr die Wahrnehmung von Reizen stets eine bestimmte Reizschwelle ben\u00f6tigt wird und dass Reize immer relativ zu einem Grundwert wahrgenommen werden. Anhand von Rasseln konnten die Sch\u00fcler*innen nachvollziehen, dass sich der von einer Rassel ausgel\u00f6ste akustische Reiz verdoppelt, wenn man die Anzahl der Rasseln auf acht erh\u00f6ht. Wenn man aus der Reizverdopplung (jeweils Multiplikation mit 2) eine lineare Skala macht (jeweils Addition von 10), kommt die Mathematik ins Spiel. Die Dezibel-Skala zur Messung von Schallintensit\u00e4ten beruht auf diesem Prinzip und wird mathematisch durch die Logarithmusfunktion beschrieben.<\/p>\n\n\n\n

Das Messen der Lautst\u00e4rke von Rasseln mit einer Schallst\u00e4rke-App des Smartphones ergab, dass bei etwa zehn Rasseln im Vergleich zu einer Rassel die Schallintensit\u00e4t um 10 Dezibel zugenommen hat. Nat\u00fcrlich haben die Sch\u00fcler*innen auch ausprobiert, wie viel Dezibel man erreichen kann, wenn alle so laut wie m\u00f6glich ins Smartphone schreien.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

In der Nachbesprechung \u00e4u\u00dferten sich die Sch\u00fcler*innen durchweg positiv. Die Lehrkr\u00e4fte zeigten sich vom hohen Engagement, dem Interesse und der intensiven Mitarbeit der Projektteilnehmer*innen w\u00e4hrend des gesamten Schulmorgens beeindruckt. <\/p>\n\n\n\n

Fotos zu einigen Experimenten: <\/p>\n\n\n\n

  • \"\"
    Herstellung einer Kopie des „Urknets“<\/figcaption><\/figure><\/li>
  • \"\"
    Experiment zur Messung der Reaktionszeit<\/figcaption><\/figure><\/li>
  • \"\"
    Die elektro-mechanische Uhr<\/figcaption><\/figure><\/li>
  • \"\"
    Die Flip-Flop-Uhr<\/figcaption><\/figure><\/li><\/ul>\n\n\n\n

    Projektteilnehmer*innen, HF, SL<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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