Experiment 1 — das Treppenhaus
Beim Treppensteigen hebst du deinen eigenen Körper an — daraus lässt sich deine Leistung bestimmen.
- Material:Ein Maßband und eine Stoppuhr (Handy oder iPad).
- Sicherheit:Laufe die Treppe vorsichtig hoch — es geht um eine Messung, nicht um einen Wettkampf.
- Durchführung:Schätze dein Gewicht, miss die senkrechte Höhe vom Erdgeschoss bis in den 2. Stock und stoppe die Zeit für den Aufstieg.
- Auswertung:Berechne die gewonnene Energie, daraus deine Leistung, und vergleiche sie mit anderen in der Klasse.
Idee: Beim Treppensteigen hebst du deinen Körper an; aus der gewonnenen Energie und der Zeit ergibt sich deine Leistung.
Messen: Man braucht Gewicht, senkrechte Höhe und die Zeit für den Aufstieg.
\( P = \dfrac{m \cdot g \cdot h}{t} \)
Im Treppenhaus läuft eine Person vom Erdgeschoss bis ins gewählte Stockwerk, die Stoppuhr läuft mit. Masse, Zielstockwerk (je 3,2 m höher) und Tempo bestimmen Energie und Leistung.
| Nr. | Tempo | m | h | t | E | P |
|---|
Halte fest: Dieselbe Treppe kostet bei gleicher Masse immer dieselbe Energie E = m · g · h — egal wie schnell. Wer sie in der halben Zeit schafft, bringt die doppelte Leistung auf.
Experiment 2 — die Hantel
Bei der Hantel zählt nicht die Höhe des Raums, sondern die Hubhöhe — und wie oft du hebst.
- Material:Maßband, Stoppuhr und ein bestimmtes Gewicht als Hantel.
- Sicherheit:Die Hantel darf nicht zu schwer sein, und niemand darf sich verletzen können, falls sie fällt.
- Hubhöhe hHub:Der Unterschied zwischen hängenden Armen nach unten und gestreckten Armen nach oben.
- Durchführung:Schätze das Gewicht, hebe die Hantel ohne zu große Anstrengung möglichst oft und notiere Zeit und Anzahl der Wiederholungen.
Aufgebrachte Energie bei mehreren Wiederholungen
Idee: Bei der Hantel zählt die Hubhöhe, der Unterschied zwischen hängenden und gestreckten Armen, und die Zahl der Wiederholungen.
Messen: Man braucht Gewicht, Hubhöhe, Anzahl n der Wiederholungen und die Gesamtzeit.
\( E_\text{pot} = m \cdot g \cdot h_\text{Hub} \cdot n \qquad P = \dfrac{E_\text{pot}}{t} \)
Experiment 3 — Liegestütze
Bei Liegestützen hebst du nur einen Teil deines Körpergewichts an.
- Material:Maßband und Stoppuhr.
- Gehobener Anteil:Angehoben werden nur ungefähr 70 % des Körpergewichts — der Rest ruht auf den Füßen.
- Durchführung:Miss in der Liegestütz-Position die Höhe deiner Schultern über dem Boden.
- Auswertung:Führe möglichst viele Liegestütze durch und notiere Anzahl und benötigte Zeit.
Immer derselbe Rechenweg:
\(P = \dfrac{m \cdot g \cdot h}{t}\)
Schritt 1: Energie aus \(m \cdot g \cdot h\) bestimmen, bei mehreren Wiederholungen zusätzlich mal \(n\).
Schritt 2: Diese Energie durch die gesamte gestoppte Zeit \(t\) teilen.
: Nur der gehobene Anteil des Gewichts und die Anzahl der Wiederholungen ändern sich.
Liegestütze: Angehoben werden nur etwa 70 % des Körpergewichts. Gemessen werden die Schulterhöhe h, die Anzahl n und die Zeit t; die Energie ist \( E_\text{pot} = m \cdot g \cdot h \cdot n \).
Allgemeine Hinweise
Drei Stellen, an denen die Auswertung der Messungen gern schiefgeht:
Zeit in Sekunden
Setze die Zeit in Sekunden ein — sonst kommt bei \(P = E/t\) nicht Watt heraus.
Senkrechte Höhe zählt
Für \(h\) zählt immer die senkrechte Höhe, nicht die Länge der Treppe oder des Wegs.
Wiederholungen in die Energie
Bei \(n\) Wiederholungen gehört das Malnehmen mit \(n\) in die Energie, nicht in die Zeit.