4 bis 8 | Schwerpunkt | Balance Gleichgewicht – was ist denn gleich? Alltagsgegenstände ruhen stabil, pendeln sich ein oder kippen immer wieder um – und immer spielt das Gleichgewicht eine entscheidende Rolle. Text: Hans-Peter Wyssen, Fotos: Karolin Weber Dinge oder ganze Systeme sind im Gleich gewicht, wenn es keine Ursache für eine Ände rung gibt. Diese Definition stimmt im Übrigen auch, wenn der Begriff im übertragenen Sinn verwendet wird, wie beim «ökologischen Gleich Abbildung 1 gewicht». Dieser Artikel bietet grundlegendes, physika kleinen Verschiebung in seinen vorherigen (Kleiderbügel, Kinderwaage). Sind der Schwer lisches Hintergrundwissen für Lehrpersonen in Zustand zurückzukehren versucht, von ihm weg punkt und der Aufhängepunkt identisch, so Kindergarten und Unterstufe. strebt oder in der neuen Lage verbleibt (siehe befindet sich der Körper in jeder Lage im indif auch Abbildung 1). ferenten Gleichgewicht (Velorad). Liegt der Statisch oder dynamisch Schwerpunkt über dem Aufhängepunkt, ist das Der Sonnenschirm im Betonsockel wird von der Balancieren Erde angezogen – es wirkt die Gewichtskraft. Die Erdanziehungskraft (Schwerkraft) beein Der Boden wirkt dieser Kraft direkt entge flusst alle Dinge auf der Erde – auch unseren Auflagefläche gen. Die beiden Kräfte heben sich gegenseitig Körper. Die Richtung dieser Kraft können wir Solange sich der Schwerpunkt eines Körpers auf. Wenn keine andere Kraft auf den Schirm sehen, wenn wir einen Stein (oder eben ein lotrecht über der Auflagefläche (Standfläche) wirkt – zum Beispiel ein sehr kräftiger Wind kegelförmiges «Lot», wie es auf Baustellen ver befindet, kippt er nicht um. Bei einem Dreibein stoss – bleibt der Schirm so stehen. Er ist statisch. wendet wird) an eine Schnur binden und hän stuhl oder -stativ liegt die Auflagefläche zwi Im Gegensatz zur Situation beim Sonnen gen lassen, bis er zur Ruhe kommt. Die Schnur schen den drei Beinen. Zwischen drei Auflage schirm, verändern sich die wirkenden Kräfte hängt lotrecht – sie zeigt zum Erdmittelpunkt. punkten lässt sich immer eine gemeinsame beim Fahrradfahren fortlaufend. Die fahrende Balancieren bedeutet, dass wir der Schwerkraft Ebene ermitteln (bei vier Beinen kann ein Bein Person muss dauernd dafür sorgen, dass eine eine Kraft entgegensetzen und so ein Gleich ausserhalb der Fläche liegen). Solange der Gegenkraft wirkt – sonst kippt sie samt Fahrrad gewicht der wirkenden Kräfte schaffen. Das Schwerpunkt lotrecht über dieser Fläche liegt, um. Da sich die hier wirkenden Kräfte immer kann passieren, indem wir den Schwerpunkt kippt das Dreibein nicht. Je grösser die Auf wieder ändern, sprechen wir von einem dyna lotrecht über die Standfläche – genauer den lagefläche (oder eben die Fläche zwischen den mischen Gleichgewicht. Unterstützungspunkt – bringen (Sonnenschirm, drei Stuhlbeinen) desto stabiler ist das Gleich Gleichgewicht labil. Vogel auf einem Bein). Je grösser dabei die gewicht. Stabil, labil, indifferent Unterstützungsfläche ist, desto stabiler ist das Im Sport und beim Spielen geht es oft darum, Wenn ein Objekt nach einer Störung wieder in Gleichgewicht. In der Bewegung muss die Rich das Gleichgewicht auf einer nur schmalen Lauf- seine Ausgangslage zurückkehrt, ist das Gleich tung der Gegenkräfte immer wieder anpasst oder Unterstützungsfläche zu halten. Eine Hilfe gewicht stabil. Werden Balancefiguren leicht werden (Fahrrad fahren, Besen auf der Finger dabei ist das Ausbreiten der Arme, weil dadurch angetippt, schwanken sie einen Moment lang spitze balancieren). die Reaktion auf kleine Änderungen der Nei hin und her – bis sich wieder alle wirkenden gung genauer und schneller wird. Kräfte gegenseitig aufheben und das Objekt Schwerpunkt zur Ruhe kommt. Entscheidend für den Gleichgewichtszustand Tiefer Schwerpunkt Beim am Tassenrand balancierenden Löffel han eines Objekts ist der Schwerpunkt. Jeder Kör Ein stabiles Gleichgewicht entsteht dann, wenn delt es sich um ein labiles Gleichgewicht. Eine per hat genau einen solchen Punkt. In der R egel der Schwerpunkt über dem Aufhängepunkt kleine Störung reicht und er fällt in die Tasse. befindet sich der Schwerpunkt innerhalb des liegt. Dieses Phänomen wird bei den Balance Ein Rad auf einer Achse hingegen befindet sich Gegenstandes und kann nicht direkt unter figuren (siehe auch S. 12 ff.) genutzt. in einem indifferenten Zustand. Wird es ange stützt werden. stossen, dreht es sich so lange, bis es durch die Ist ein Körper frei an einem Punkt oder an einer Reibung abgebremst wird – und es bleibt in Drehachse befestigt, pendelt sich der Schwer einem neuen Gleichgewicht stehen. punkt an der tiefstmöglichen Stelle ein. In die Hans-Peter Wyssen Anders gesagt: Ein Zustand ist stabil, labil oder ser Lage befindet sich der Schwerpunkt stets ist Primarlehrer, Lehrmittelautor und Redaktor der indifferent – je nachdem, ob ein Körper bei einer senkrecht unterhalb des Aufhängepunktes Zeitschrift «4 bis 8». 4 (c) «4 bis 8», Ausgabe 01/2014, S. 04-06 - Schulverlag plus AG 4 bis 8 | Schwerpunkt | Balance Der Betonsockel hält den Schirm und das Verkehrsschild im Gleichgewicht. Der Schwer punkt ist nahe beim Boden und über der grossen Auflage fläche der Sockel. Auf einem Bein stehende Vögel müssen ihren Schwerpunkt immer wieder genau über den Fuss bringen. Auch beim Fahr radfahren muss das Gewicht immer so verlagert werden, das der Schwerpunkt lotrecht über den Auflageflächen der Räder liegt. Steht das Fahrrad auf den beiden Reifen und dem Stän der, muss sein Schwerpunkt über dem gedachten Dreieck liegen, damit es nicht kippt. Zeigt die Bürste nach oben, ist der Schwerpunkt hoch über dem Unterstützungs- oder Auf lagepunkt – der Besen kippt leicht. Ist die Bürste unten, geht es schon besser. Beim Kleider bügel ist der Schwerpunkt unter dem Aufhängepunkt. Der Bügel pendelt sich in einer stabilen Lage ein. (c) «4 bis 8», Ausgabe 01/2014, S. 04-06 - Schulverlag plus AG 5 4 bis 8 | Schwerpunkt | Balance Die Balkenwaage und die Schaukel reagieren sensibel auf Gewichtsveränderungen. Die Gewichte auf den beiden Seiten müssen so gewählt werden, dass der Schwerpunkt genau beim Dreh- beziehungs weise Unterstützungspunkt liegt. Die ausgefahrene Stütze ver grössert die Auflagefläche und verhindert das Kippen. Wegen der kleinen Auflagefläche auf dem Tassenrand gerät der Löf fel schnell aus dem Gleichge wicht. Mit Holzklötzen lassen sich die verschiedenen Situationen gut nachstellen. Auf dem linken Bild liegt der Schwerpunkt in der Mitte des unterstützenden Klotzes. Bei der Konstruktion rechts liegt der Schwerpunkt nur noch knapp über dem stützenden Klotz – je mehr Gewicht auf den freien Arm gelegt wird, umso weiter rutscht der Schwerpunkt nach links. >>> Weitere Bilder zu Gleichgewichtssituationen für Gespräche mit den Kindern finden Sie unter www.4bis8.ch/downloads <<< 6 (c) «4 bis 8», Ausgabe 01/2014, S. 04-06 - Schulverlag plus AG
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