Katapulte
TinkerToysGrundwissen zu Katapulten
Beantworte die Multiple- Choice-Fragen. Es können jeweils mehrere Antworten richtig sein.
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1. Welche Merkmale treffen auf ein Katapult zu?
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a) Sie gehören zu den Fernwaffen.
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b) Sie werden mit Feuer betrieben.
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c) Sie werden auch Wurfschleudern genannt.
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2. Wie werden Katapulte üblicherweise angetrieben bzw. ausgelöst?
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a) durch einen lauten Signalton
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b) mit Federkraft
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c) durch die Zugkraft
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d) eines Gegengewichts
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3. Seit wann werden Katapulte genutzt?
(nur eine richtigeAntwort) -
a) seit der Antike
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b) seit dem Mittelalter
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c) seit der Neuzeit
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4. Zu welchem Zweck wurden Katapulte
häufig eingesetzt? -
a) ausschließlich im Seekrieg
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b)als Fernwaffe
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c) als Belagerungswaffe
Funktionsweise eines Katapults2
Wie funktioniert ein Katapult?
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1. Überlege gemeinsam mit deinem Partner/
deiner Partnerin, wie ein Katapult funktioniert. Überlegt, welche Bauteile dafür benötigt werden und fertigt eine Skizze an. -
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Noch keine Idee?
Ihr habt sicherlich schon einmal ein Katapult in einem Film gesehen. Überlegt, wofür es eingesetzt wurde und wie es ausgelöst wurde. Aus welchem Material bestand es? Könnt ihr euch an einzelnen Bauteile oder Funktionen erinnern? -
2. Lies dir den Infotext zum Aufbau und der Funktionsweise von Katapulten durch und notiere dir die wichtigsten Infos.
Aufbau und Funktionsweise eines Katapults
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Was ist ein Katapult?
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Ein Katapult ist eine mechanische Vorrichtung, die in der Antike entwickelt wurde, um schwere Objekte über weite Entfernungen zu schleudern.
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Welche Kräfte wirken an einem Katapult?
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Ein Katapult nutzt gespeicherte En ergie, um ein Geschoss, oft einen großen Stein oder ein anderes schweres Objekt, in die Luft zu schleudern. Dies geschieht durch die Umwandlung von potenzieller Energie (gespeicherte En ergie) in kinetische Energie (Bewegungsenergie). Katapulte verwenden oft das Hebelprinzip, um die benötigte En ergie zu erzeugen. Dabei wird zwischen einarmigen und zweiarmigen Katapulten unterschieden.
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Einarmiges Katapult
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Einarmige Katapulte werden i.d.R. durch das Spannen eines Seiles, einer Feder, o.ä. ... angetrieben. Ein Ende des Katapultarms wird dabei drehbar am Rahmen des Katapults befestigt. Das andere Ende wird am Rahmen des Katapults fixiert und gespannt. Beim Abwurf wird die Bewegung des Katapultarms durch den Aufschlag an einem Querbalken ruckartig gestoppt, sodass das Geschoss geschleudert wird.
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Zweiarmiges Katapult
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Zweiarmige Katapult werden häufig als Gegengewichtskatapulte genutzt. Dafür wird ein langer Katapultarm benötigt, der drehbar auch einem Auflagepunkt gelagert wird. Auf einer Seite des Katapultarms wird das Geschoss positioniert. Diese Seite wird am Rahmen des Katapults fixiert. Nachdem die andere Seite des Katapultarms mit dem Gegengewicht beladen wurde, wird die Fixierung gelöst und das Geschoss abgeworfen.
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Wie funktioniert das Spannen und Abwerfen des Geschosses?
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Durch das Herunterdrücken des beweglichen Endes des Arms wird potenzielle Energie gespeichert. Um die Energie im Katapult zu speichern, wird der Arm durch verschiedene Mechanis men gespannt. Diese Spannvorrichtungen können Seile, Federn oder andere Federelemente sein. Je mehr Energie in die Spannung ge steckt wird, desto weiter und schneller kann das Geschoss geschleudert werden. Sobald der Arm gespannt ist, wird das Geschoss in die dafür vorgesehene Halte rung gelegt. Um das Katapult auszulösen, wird die Spannung schnell gelöst. Die gespeicherte potenzielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt, die das Geschoss in die Luft schleudert. Insgesamt ist ein Katapult also eine geschickte Kombination von Prinzipien der Physik und der Mechanik, die es ermöglicht, schwere Objekte über beträchtliche Entfernungen zu schleudern.
Physikalische Kräfte und Gesetze am Katapult2
Abwurf des Geschosses3
Aufgabe 2:
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Lade dir das Arbeitsblatt "Abwurf des Geschosses" herunter, drucke es aus und bearbeite die Aufgaben.
Zusatzaufgabe:
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Lade dir das Arbeitsblatt mit der Zusatzaufgabe herunter. Hier beschäftigst du dich mit dem optimalen Abwurfwinkel eines Katapults.
Eigene Katapulte herstellen4
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Im nächsten Schritt entwerft ihr euer eigenes Katapult. Dabei arbeitet ihr zu zweit oder in kleinen Gruppen zusammen. Zuerst überlegt ihr euch ein Konzept und skizziert euer Katapult. Danach konstruiert ihr euer Katapult im Digitalen Baukasten.
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Optional könnt ihr als Zwischenschritt noch einen Proto typ eures Katapults basteln und testen. Besprecht die genaue Vorgehens weise mit eurer Lehrkraft.
Katapult planen und skizzieren
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Findet euch zu zweit oder in kleinen Gruppen zusammen. Überlegt, wie euer Katapult funktionieren und aussehen soll, und fertigt eine Skizze an. Beachtet dabei folgende Kriterien:
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- Ziel ist es, mit dem Ka tapult das Geschoss (s. Infobox) möglichst weit zu katapultieren.
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- Das Katapult sollte durch eine konstante Kraft ausgelöst werden - nicht durch Krafteinwirkung mit der Hand. Inspiration findet ihr in den Beispielfotos.
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Hinweis: Katapultgeschosse
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Um eure Ideen zu testen, könnt ihr einen Prototyp eures Katapults basteln, bevor ihr es im Digitalen Baukasten konstruiert. Sprecht mit eurer Lehrkraft ab, ob ihr erst einen Prototyp basteln oder direkt konstruieren sollt. Zum Basteln könnt ihr z.B. dicke Pappe nutzen. Auch schmalze Holzleisten oder (Koch-)Löffel eignen sich als Katapultarme.
Optional: Prototyp herstellen
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Um eure Ideen zu testen, könnt ihr einen Proto typ eures Katapults basteln, bevor ihr es im Digi talen Baukasten konstruiert. Sprecht mit eurer Lehrkraft ab, ob ihr erst einen Prototyp basteln oder direkt konstruieren sollt. Zum Basteln könnt ihr z.B. dicke Pappe nutzen. Auch schmalze Holzleisten oder (Koch-)Löffel eignen sich als Katapultarme.
Katapult im Digitalen Baukasten konstruieren
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Konstruiert nun euer Katapult im Digi talen Baukasten. Beachtet dabei die folgenden
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Hinweise:
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- Das Katapult muss sicher und gerade auf einem ebenen Untergrund stehen.
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- Achtet darauf, dass euer Geschoss bis zum Abschuss gut auf dem Katapult hält. Dafür eignet sich z.B. eine kleine Schale.
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- Beachtet, dass der Auslöser am Katapult befestigt werden kann, ohne zu verrut schen. Als Auslöser könnt ihr z.B. eine Feder, ein Gummiband oder ein Gegengewicht nutzen.
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Nach dem 3D-Druck:Experimente und Berechnungen2
Vorbetrachtungen:
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Bei den folgenden Experimenten werdet ihr jeweils mehrere Würfe mit eurem Katapult durchführen und messen, wie weit das Geschoss jeweils geschleudert wurde. Damit die gemessenen Wert vergleichbar sind, müssen für jeden Versuch die gleichen Ausgangsbedingungen vorliegen. Wie könnt ihr das sicherstellen?
Aufgabe 1:
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Sammelt dazu zuerst alle Faktoren, die den Abschuss des Katapults und die gemessene Weite beeinflussen. Überlegt anschließend, wie ihr dafür sorgen könnt, dass all diese Werte konstant sind.
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Auswahl der Experimente
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Auf den folgenden Seiten werden verschiedene Experimente und Berechnungen (K1 bis K5) beschrieben, die ihr mit euren Katapulten durchführen könnt. Besprecht mit eurer Lehrkraft, welche der Aufgaben ihr durchführen sollt.