- Kinematik Experimente mit selbstgebauter Lichtschrankenschiene
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Kinematik-Experimente mit einer selbstgebauten Lichtschrankenschiene.

von Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver Baden-Württemberg, 2009


Für die Durchführung von Experimenten zur Kinematik gibt es mittlerweile eine ganze Reihe von messtechnischen Alternativen  (vgl. hierzu diese Seite)

Manche - vor allem traditionelle - Verfahren sind sehr transparent: die Schülerinnen und Schüler durchschauen leicht, wie das Experiment abläuft und wie die Messdaten gewonnen werden. Leider sind diese Verfahren manchmal aber sehr wenig effizient: das Messverfahren ist umständlich und zeitraubend. Für die Eigenständigkeit der Schüler bleibt wenig Raum.

Andere - vor allem kommerzielle - Messsysteme sind sehr effizient und elegant: das Experiment läuft schnell ab und der Schwerpunkt kann auf die Diskussion der Messergebnisse gelegt werden.
Auf der anderen Seite sind diese Messsysteme aber oft wenig transparent: je eleganter das Messverfahren ist, um so weniger ist für die Schülerinnen und Schüler zu durchschauen, wie ganz konkret das Messsystem seine Messdaten erfasst, damit bekommt die Messerfassung eine gewisse Künstlichkeit.
Zudem sind die Systeme dann oft auch noch so teuer, dass man sich einen ganzen Satz für Schülerexperimente kaum wird leisten können.


Schließen sich Transparenz und Effizienz also gegenseitig aus?

Wünschenswert wäre ein Messsystem, bei dem die Art und Weise, wie die Daten erfasst werden, für die Schülerinnen und Schüler einfach zu durchschauen ist.
Für die Lehrkraft sollte die Handhabung einfach und ohne lange Einarbeitungszeit möglich sein.

Die Erfassung und Auswertung der Messdaten sollte dabei zeitgemäß und mit einem Computer erfolgen, wobei die Messdaten zu einer späteren Auswertung auch gespeichert werden können. Dabei sollte auf teure Erweiterungshardware möglichst verzichtet werden und Schnittstellen benutzt werden, die der Computer ohnehin schon mitbringt.

Das System sollte robust sein, so dass es auch für Schülerhände geeignet ist und eigenständige Experimente der Schülerinnen und Schüler ermöglicht.

Dabei sollte es so preisgünstig sein, dass man sich auch bei einem knappen Sammlungsetat mehrere Messeinrichtungen leisten kann.


Der dritte Weg: Transparenz und Effizienz.

Die Lichtschrankenschiene im Einsatz

Ein solches System - eine Lichtschrankenschiene - ist hier beschrieben. Es kann zusammen mit Schülerinnen und Schülern in einer Arbeitsgemeinschaft oder einem NwT-Kurs selbst gebaut werden. Dabei düften die Kosten pro Messeinrichtung in etwa bei 100 Euro liegen.

Die Materialien für das "Gehäuse" bekommt man praktisch in jedem Baumarkt. Die benötigten Elektronikteile sind preiswert und leicht zu beschaffen. Diese Komponenten gibt es schon seit über 15 Jahren, was eine entsprechende Nachhaltigkeit gewährleistet. Dabei ist die Schaltungstechnik einfach zu verstehen und auch Schülern leicht zu vermitteln.

Die Übertragung der "Daten" erfolgt über die Soundkarte, die in den meisten Computern schon eingebaut ist.

Die Auswertung der Messdaten kann über ein Free- oder Shareware Tonaufzeichnungsprogramm wie z.B. Audacity, Goldwave oder CoolEdit erfolgen.

Sie können hier aber auch ein komfortables und kostenloses Auswertprogramm für Windows-Rechner herunterladen (vgl. Seite "Programme zur Auswertung der Tonsignale")
Eine Einfachversion des in Delphi geschriebenen Programmes wird im Quellcode offen gelegt. Sie haben so die Möglichkeit das Auswertverfahren mit Ihren Schülern zu besprechen und/oder ein eigenes Auswertprogramm unter Delphi (oder auch einem anderen Programmsystem) zu schreiben.


1.) Vorüberlegungen
 Messtechnische Alternativen zur Durchführung von Experimenten in der Kinematik
2.) Baubeschreibung der Lichtschrankenschiene
 Konzeption der Lichtschrankenschiene
 Mechanischer Aufbau der Lichtschrankenschiene
 Die Lichtschranken-Elektronik
 Aufbau und Test der Elektronikplatine
 Anbindung Lichtschrankenschiene - Computer
3.) Auswertung im Computer
 Programme zum Auswerten der Tonsignale
4.) Experimente und Erfahrungen
 Gleichförmige Bewegung
 Gleichmäßig beschleunigte Bewegung
 Freier Fall einer Kugel, Fallbeschleunigung
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