Stoffverteilungsplan
Numerische Verfahren in der Mechanik
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Stunden |
Inhaltsbezogene Kompetenzen |
Inhalt / Material |
| 1 - 2 | (1) beschreiben, wie man physikalische Abläufe (zum Beispiel radioaktiver Zerfall) mithilfe iterativer Verfahren modelliert und diese Verfahren implementiert (zum Beispiel Tabellenkalkulation, visuelle Programmiersprache, Modellbildungsprogramm) |
Schärfung der in der Modellbildung verwendeten Begriffe in 01_02_nvm_begriffe Einführung einer Symbolik für die Darstellung des Modells und Übungsaufgaben zur Erstellung von Flussdiagrammen in 01_02_nvm_flussdiagramme Zur Wiederholung kann auch vereinzelt das Material aus Klasse 9 verwendet werden, welches im Ordner 01_wiederholung zu finden ist. |
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3 - 4 |
(2) Bewegungen (zum Beispiel […] ohne Berücksichtigung der Reibungskraft) [...] mithilfe iterativer Verfahren modellieren. (3) die Ergebnisse der Modellierung [...] vergleichen (zum Beispiel Einfluss der Parameter, Größe des Zeitschrittes, Fehlerfortpflanzung) |
Die Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit und konstanter Beschleunigung werden modelliert und die Simulation mit der exakten Bewegungsgleichung verglichen. Hierbei untersucht man den Einfluss der Größe des Zeitschritts und des zugrundeliegenden Rechenverfahrens. Arbeitsblatt: 03_04_nvm_bewegungen_ohne_lw Materialien haben den Vorsatz 03_04_nvm Zur Vertiefung kann man noch den Bewegungsablauf eines Flummis ohne und mit Energieabgabe beim Sprung modellieren. |
| 5 - 6 | von Bewegungen mit den entsprechenden Messwerten vergleichen [...] |
Vorsatz 05_06_nvm Aus den Messwerten der Videoanalyse wird der Ortsfaktor bestimmt und mit g verglichen.
Vertiefung: |
| 7 - 8 | Modellbildung des Falls mit Luftwiderstand. |
Die Formel für den Luftwiderstand wird deduktiv hergeleitet und das Modell des Falls mit Luftwiderstand entwickelt. Das Arbeitsblatt ist 07_08_nvm_luftwiderstand und die dazugehörige Präsentation 07_08_nvm_fall_mit_luftwiderstand_praesentation Ein paar Rechenaufgaben und Modellbildungsaufgaben sind zur Vertiefung vorhanden. Materialien haben den Vorsatz 07_08_nvm |
| 9 - 11 |
(2) Bewegungen (zum Beispiel Fall mit [...] Berücksichtigung der Reibungskraft) computergestützt aufzeichnen (zum Beispiel Videoanalyse, [….]) und mithilfe iterativer Verfahren modellieren. (3) die Ergebnisse der Modellierung von Bewegungen mit den entsprechenden Messwerten vergleichen […]. |
Bei verschiedenen Körpern wird der Fall mit Luftwiderstand mit der Videoanalyse vermessen. Die Daten werden in die bereits fertigen Modelle aus Stunde 7-8 importiert. Hierzu gibt es Lehrvideos: Aus der Messung sind Querschnitt und Masse bekannt. In der Simulation wird nun der cw-Wert so verändert, dass Simulation und Messung übereinstimmen. Materialien haben den Vorsatz 09_11_nvm |
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12 - 13 |
(4) einen Bewegungsablauf aus dem Themenbereich der Raumfahrt mit der Methode der kleinen Schritte modellieren, unter Zuhilfenahme einer geeigneten Software implementieren und die Ergebnisse grafisch darstellen (zum Beispiel Raketenstart mit konstantem Brennstoffverbrauch, Satellitenbahn, Mondlandung) |
Der Start einer Rakete wird modelliert. Hierbei wird der Schwierigkeitsgrad immer weiter erhöht, indem mehr und mehr Faktoren berücksichtigt werden. Als Ergänzung kann man eine Satellitenbahn modellieren. Materialien haben den Vorsatz 12_13_nvm |
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