Lehrplan PLUS

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• beschreiben bei mechanischen Vorgängen in Alltagssituationen die auftretenden Energieumwandlungen zwischen unterschiedlichen Formen mechanischer Energie verbal und anhand geeigneter grafischer Darstellungen. Sie bilanzieren diese quantitativ unter Anwendung des Prinzips der Energieerhaltung, um beispielsweise das Bewegungsverhalten von Körpern vorherzusagen, z. B. Höhe eines Stabhochsprungs, maximal erreichbare Geschwindigkeit eines Speedski-Fahrers. Dabei beziehen sie die Größe Arbeit in ihre Überlegungen und Berechnungen mit ein.
• bestimmen mithilfe elementarer geometrischer Überlegungen die verrichtete Arbeit als Maßzahl des Flächeninhalts der Fläche unter dem Graphen im gegebenen Weg-Kraft-Diagramm auch für Situationen, in denen nicht konstante Kräfte entlang eines Weges wirken, um damit die zu verrichtende Arbeit abzuschätzen, z. B. beim Spannen einer Feder oder beim Beschleunigen eines Fahrzeugs unter Einbeziehung des Luftwiderstands.
• setzen den Energieerhaltungssatz zusätzlich zum Impulserhaltungssatz und dem Kraftkonzept vorteilhaft ein, um realitätsnahe Situationen (z. B. Loopingfahrt, zentraler Zusammenstoß zweier Fahrzeuge) quantitativ zu analysieren und präsentieren ihre Ergebnisse unter sicherer Verwendung der physikalischen Fachsprache.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Zusammenhang W = ΔE zwischen der Arbeit W, welche von äußeren Kräften an einem System verrichtet wird, und der Änderung ΔE der Energie E des Systems
• mechanische Energieformen: kinetische Energie, potenzielle Energie der Erdanziehung (Lageenergie) und potenzielle Energie der Elastizität (Spannenergie)
• Hubarbeit, Beschleunigungsarbeit, Spannarbeit und Reibungsarbeit
• Arbeit bei konstanter Kraft als Skalarprodukt von Kraft und Wegvektor
• Arbeit bei nicht konstanter Kraft als Maßzahl des Flächeninhalts der Fläche unter dem Graphen im x‑F‑Diagramm
• Erhalten der mechanischen Gesamtenergie in einem abgeschlossenen, reibungsfreien System