Angestrebte Kompetenzen zum
Inhaltsfeld „Kreisbewegungen und Himmelsmechanik“ in der
Stufe EF (10)
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Physikalische Beschreibung einer Kreisbewegung
- Ich kann bei einer Kreisbewegung die Größen
Bahngeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit
begrifflich unterscheiden und aus Radius und
Umlaufdauer bzw. Drehzahl berechnen.
- Ich kann begründen, dass zur Aufrechterhaltung einer
Kreisbewegung ständig eine auf den Mittelpunkt des
Kreises gerichtete Kraft, die sog. Zentripetalkraft
erforderlich ist.
- Ich kann die Größe dieser Kraft mit Hilfe von
Formeln bestimmen und diese Kenntnisse anwenden auf
Durchfahren von Kurven, Funktionsweise einer
Loopingbahn usw .
- Ich weiß, dass die sog. Zentrifugalkraft
entgegengesetzt gleich der Zentripetalkraft ist und
nur im rotierenden System auftritt (Scheinkraft).
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Gravitationsfeld
- Ich weiß, dass das von Isaac Newton entdeckte
Gravitationsgesetz die Anziehung von Massen
beschreibt, und kann seine mathematische Formulierung
angeben.
- Ich kann das Prinzip eines Experimentes beschreiben,
mit dem man die im Gravitationsgesetz auftretende
Konstante bestimmen kann.
- Ich kann darlegen, wie man aus Kenntnis des
Gravitationsgesetzes und der Größe des Erdradius die
Masse der Erde bestimmen kann.
- Ich kann den Unterschied zwischen Gravitationskraft
und Gravitationsfeld beschreiben.
- Ich kann die Energie berechnen, die man einem Körper
zuführen muss, um ihn in einem Gravitationsfeld
anzuheben.
- Ich kann die Energie berechnen, die frei wird, wenn
ein Körper in einem Gravitationsfeld potentielle
Energie verliert.
- Ich kann den Begriff Fluchtgeschwindigkeit erläutern
und die ersten beiden kosmischen Geschwindigkeiten
berechnen.
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Himmelsmechanik
- Ich kann unter der Annahme, dass die
Gravitationskraft als Zentripetalkraft wirkt, das 2.
Keplersche Gesetz für den Sonderfall einer Kreisbahn
herleiten
- Ich kenne die Keplerschen Gesetze und kann mit ihrer
Hilfe astronomische Größen (z. B. Umlaufsdauer eines
Planeten, Masse von Doppelsternen) ermitteln.
- Ich kann die wesentlichen Unterschiede des
astronomischen Weltbildes der Antike und der auf den
Erkenntnissen von Kopernikus, Galilei, Kepler und
Newton beruhenden Sichtweise der Neuzeit darlegen.
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Raumfahrt
- Ich kann unter
Verwendung des Impulserhaltungssatzes die
Funktionsweise einer Rakete an Hand von Experimenten
erläutern.
- Ich kann
ausrechnen, wie hoch die Geschwindigkeit sein muss,
um einen Satelliten auf eine vorgegebene Bahn zu
bringen.
- Ich kann die
Begriffe "Schub" und "Endgeschwindigkeit" erläutern
und diese unter Anwendung von Formeln berechnen.
- Ich kann darlegen,
wie man einen geostationären Satelliten auf die
vorgesehene Bahn bringt.
- Ich kann den
physikalischen Hintergrund eines sog.
"Swing-by-Manövers" erklären.
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