Schwingende Saite

Es gibt drei Faktoren, welche die Tonhöhe einer schwingenden Saite bestimmen: Länge, Spannung, Masse (Dicke). Um einen möglichst praktischen Einstieg in die Physikepoche zu nehmen, sollten die Schülerinnen und Schüler die Faktoren selbst erforschen. Für die erste Epochenwoche bildeten wir Zweier- bis Dreierforschungsgruppen. Mit ein paar Tagen Vorlauf sollten die Gruppen folgende Materialien organisieren und mitbringen:

Ein Wollknäuel (mindestens 10 m, gleichmäßiger und stabiler Faden)
Vier Eimerchen mit Henkel (müssen nicht gleich groß sein)
Ein Schäufelchen oder Ähnliches, um Sand in die Eimer zu schaufeln.
Eine Küchenwaage

Die Forschungsaufgabe bestand nun darin, die drei Faktoren herauszufinden und mittels eigener Versuche eindeutig nachzuweisen. Die SchülerInnen bekamen den Hinweis, 4 Stühle zu benutzen, die paarig gegenübergestellt werden sollten. Über die Stuhllehnen zweier Stühle wurde jeweils ein Faden mithilfe der beschwerten Eimer gespannt.

Und los ging es. Von nun an agierten die Gruppen selbstständig in Klassenraum und Flur. Zuerst mussten Gewichte für die Eimer in Form von Sand oder Steinen vom Schulhof besorgt werden. Und damit individualisierte sich schon das Vorgehen der einzelnen Gruppen. Eine Gruppe pfiffiger Kinder meinte, sie wüssten schon die drei Faktoren, bevor sie richtig losgelegt hatten. Ich antwortete: „Das ist ja toll, dann braucht ihr dies nur noch in einem praktischen Versuch nachzuweisen. So macht das die Wissenschaft!“ Das taten sie dann bereitwillig.

Es war äußerst interessant, dem Treiben zuzusehen! Es wurde angeregt, korrigiert, erneut versucht. Auch wurde erkannt, dass man immer nur einen Faktor am Versuch unterschiedlich gestalten darf. Wenn also die Länge des Fadens verschieden war, mussten die Gewichte (Spannung) und die dicke des Fadens gleich sein. Am Ende waren allen SchülerInnen die 3 Faktoren praktisch nachvollziehbar und klar.

Das folgende Video, welches spontan und unvorbereitet direkt nach dem Unterricht aufgenommen wurde, gibt einen prozessualen Einblick in den Versuch. Zuerst war unterschiedlich viel Sand in den Eimern, dann wurde die Länge des Wollfadens variiert und zuletzt ein Faden verdoppelt.