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Die Anziehungskraft der Planeten

Übersicht

Die Anziehungskraft der Planeten ist eine 30-minütige Aktivität, bei der Kinderteams die Gravitationsfelder von Planeten auf einer flexiblen Oberfläche modellieren. Die Kinder platzieren und bewegen Kugeln unterschiedlicher Größe und Dichte auf einer Plastikfolie, um ein mentales Bild davon zu entwickeln, wie die Masse eines Objekts die Wirkung auf den umgebenden Raum beeinflusst.

Diese Aktivität sollte nach Heavyweight Champion: Jupiter! durchgeführt werden, bei dem die Kinder die Schwerkraft im Sonnensystem entdecken können. Diese Konzepte sind wissenschaftlich fortgeschrittener als die vorangegangenen Aktivitäten in Jupiters Familiengeheimnisse und befassen sich eingehender mit der Wissenschaft der Juno-Mission und den reichhaltigen Informationen, die sie uns liefern wird. Moderatoren, die sich für diese Aktivität entscheiden, sollten die wissenschaftlichen Grundlagen genau kennen, damit den Kindern keine falschen Vorstellungen vermittelt werden.

Diese Reihe ist für Kinder im Alter von 10 bis 13 Jahren geeignet.

Worum geht es?

• Die Schwerkraft ist die Kraft, die die Planeten auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne hält. Die Schwerkraft allein hält uns auf der Erdoberfläche.
• Planeten haben messbare Eigenschaften, wie Größe, Masse, Dichte und Zusammensetzung. Die Größe und Masse eines Planeten bestimmt seine Anziehungskraft.
• Die Masse und Größe eines Planeten bestimmt, wie stark seine Anziehungskraft ist.
• Modelle können uns helfen, mit den Bewegungen von Objekten im Weltraum zu experimentieren, die durch die Anziehungskraft zwischen ihnen bestimmt werden.

Materialien

Für jede Gruppe von bis zu 30 Personen:

• Computer und Projektor, um eine Animation von Juno, die den Jupiter umkreist, oder eine künstlerische Darstellung von Juno in der Umlaufbahn zu zeigen, vorzugsweise in Farbe ausgedruckt von Websites wie https://www.missionjuno.swri.edu/media-gallery/spacecraft.

Für jede Gruppe von vier Kindern:

• 1 (20″ x 12″ oder größer) Stickrahmen
• Etwas, um die Kanten des Stickrahmens zu stützen, wie z.B. Schaumstoffsteine oder Bücher
• 1 dünne dehnbare Plastikfolie, wie z. B. ein Plastikmüllsack oder Plastikfolie
• 2-4 (1/2″-breite) kleine Murmeln
• 1 (2″) Styropor™-Kugel
• eine halbe Dose Play-Doh©

für jedes Kind:

• Sein/ihr „Meine Reise zum Jupiter“-Tagebuch oder nur die entsprechende Seite „Die Anziehungskraft der Planeten“
• 1 Bleistift oder Kugelschreiber

Für die Lehrkraft:

• Hintergrundinformationen:
  • Geheimnisse der Sonnensystemfamilie
  • Die anderen fernen Riesen sind verwandte Planeten mit individuellen Macken
  • Innerhalb, Felsige Nachbarn sind Geschwister der Erde
  • Unzählige kleine Objekte sind Teil der Großfamilie unseres Sonnensystems
• Leitfaden für den Moderator zum Thema Schwerkraft
• Einkaufsliste

Vorbereitung

• Lesen Sie die vollständigen Hintergrundinformationen und den Leitfaden für den Moderator zum Thema Schwerkraft.
• Bereiten Sie die Schwerkraftfelder vor: Spannen Sie die Plastikfolien (Frischhaltefolie oder Müllsäcke) um die Innenseite der Stickrahmen, fügen Sie dann den äußeren Rahmen hinzu und halten Sie die Plastikfolie straff gespannt.
• Legen Sie die restlichen Materialien bereit.

Aktivität

1. Bitten Sie die Kinder, das, was sie über die Schwerkraft gelernt haben, mit den Bewegungen von Objekten im Sonnensystem in Verbindung zu bringen.

• Bitten Sie die Kinder, sich an das Buch Heavyweight Champion zu erinnern: Jupiter! Welche Eigenschaften bewirken, dass ein Planet mehr oder weniger Schwerkraft hat? Planeten, die massiv sind und den größten Durchmesser haben, haben die größte Schwerkraft. Welche Eigenschaften haben keinen Einfluss auf die Schwerkraft? Das Vorhandensein einer Atmosphäre, die Temperatur und die Entfernung von der Sonne haben keinen Einfluss auf die Schwerkraft eines Planeten.
• Stehen die Objekte im Sonnensystem still oder sind sie in Bewegung? Die Schwerkraft der Sonne zieht die Planeten in eine Umlaufbahn um sie, und einige Planeten ziehen Monde in eine Umlaufbahn um sie. Sogar Raumschiffe bewegen sich aufgrund der Gravitationskräfte durch das Sonnensystem, entweder in einer Umlaufbahn um die Erde oder den Mond oder auf dem Weg zu anderen Welten. Die Juno-Mission wird durch die starke Schwerkraft des Jupiters in eine Umlaufbahn um den Jupiter gezogen werden.
• Wie beeinflusst die Schwerkraft die Bewegungen von Objekten – wie z. B. Planeten – im Sonnensystem? Hat jemand schon einmal einen „Gravitationsbrunnen“ gesehen oder damit gespielt? Wie modelliert ein „Gravitationsbrunnen“ die Schwerkraft im Sonnensystem – welcher Teil dieses Modells ist die Sonne? Die Planeten? Das Zentrum des Schwerkraftbrunnens ist die Sonne, und die Münzen oder Murmeln sind ein Modell der Planeten. Je näher der Planet an der Sonne ist, desto stärker ist die Anziehungskraft der Sonne und desto schneller umkreist er sie. Dieses Modell scheitert daran, dass Objekte auf stabilen Bahnen nicht in die Sonne stürzen. (Kometen sind Objekte mit Bahnen, die leicht instabil werden und in die Sonne stürzen können.)

2. Sagen Sie den Kindern, dass sie ein Modell bauen werden, wie Objekte – wie Planeten – im Weltraum interagieren.

• Hat eines der Kinder auf einem Trampolin gespielt? Was passiert mit der Oberfläche des Trampolins, wenn man sich darauf setzt? Was würde passieren, wenn ein Freund versuchen würde, einen Ball auf der Oberfläche zu rollen, während du darauf sitzt?

Erkläre, dass der Raum sich ähnlich wie die Oberfläche des Trampolins verhalten kann. Die Vertiefungen auf der Oberfläche stellen die „Schwerkraftbrunnen“ dar, die von massiven Objekten im Raum erzeugt werden.

3. Fordern Sie die Kinder auf, die gleichen Effekte an kleineren Modellen zu erproben. Teilen Sie die Kinder in Gruppen ein und geben Sie jeder Gruppe einen vorbereiteten Stickrahmen, der an Ziegelsteinen oder Büchern in der Luft hängt. Erklären Sie, dass sie Murmeln und Play-Doh-Kugeln verwenden werden, um die Auswirkungen der Schwerkraft auf Objekte im Raum zu modellieren.

• Was wird mit den Plastikfolien (Raum) passieren, wenn sie eine Murmel hineinlegen? Sie wird sich ausdehnen und die Murmel wird rollen.
• Was passiert, wenn sich zwei Murmeln auf der Folie befinden? Die Murmeln rollen aufeinander zu.

4. Bitten Sie die Kinder, mit ihren Weltraummodellen zu experimentieren, indem sie die Murmeln (zusammen und einzeln) auf die Platte legen und fallen lassen.

5. Bitten Sie die Gruppen, jeweils einen großen, runden Ball aus Play-Doh hinzuzufügen, um einen großen „Planeten“ allein auf dem Blatt darzustellen. Bitten Sie die Kinder, Hypothesen darüber aufzustellen, was passieren wird, wenn die Murmeln auf das Blatt fallen, und lassen Sie sie ihre Gedanken in ihren Tagebüchern festhalten, bevor sie sie testen. Nachdem sie die Murmeln auf das Blatt fallen gelassen haben, teilen Sie mit, dass diese „Anziehungskraft“ in Richtung der „Planeten“ ein Modell der Schwerkraft ist.

• Wie wird die Schwerkraft dargestellt? Die Murmeln werden in Richtung des Planeten gezogen oder „fallen“.
• Stellt dieser große Play-Doh-Planet eine starke oder schwache Schwerkraft dar? Dieser Planet hat eine starke Schwerkraft – die Murmeln fallen direkt auf ihn zu.

6. Bitten Sie die Gruppen, eine sehr kleine runde Kugel aus Play-Doh (etwa halb so groß wie eine Murmel), die einen kleinen Asteroiden darstellt, allein auf das Blatt zu legen. Lassen Sie sie ihre Vorhersagen in ihren Tagebüchern notieren und dann testen, was passiert, wenn Murmeln auf das Blatt gelegt werden.

• Was wird passieren, wenn jetzt Murmeln auf das Blatt gelegt werden? Warum? Es kann sein, dass die Murmeln länger brauchen, um den Play-Doh-Asteroiden zu erreichen, oder dass sie sich gar nicht auf ihn zubewegen.
• Welche Art von Schwerkraft wird ein kleiner Asteroid im Vergleich zu einem großen Planeten haben? Er hat nicht sehr viel „Schwerkraft“.

7. Bitten Sie die Gruppen, die Styroporkugel allein auf das Blatt zu legen und mit ihrer Anziehungskraft zu experimentieren.

• Welche Art von Objekt könnte die Styroporkugel darstellen? Sie kann einen Planeten darstellen, der nicht sehr dicht ist, wie der Saturn.
• Wie sind seine Größe, Masse und Dichte im Vergleich zu dem großen Play-Doh-„Planeten“? Er ist etwa gleich groß, aber weniger dicht und daher weniger massiv.
• Was wird passieren, wenn die Murmeln hinzugefügt werden? Werden sie sich eher so verhalten wie bei den großen oder kleinen Play-Doh-Planeten? Auch hier kann es länger dauern, bis die Murmeln den Riesenplaneten mit geringerer Dichte erreichen; sie werden die Anziehungskraft nicht so stark spüren wie bei dem sehr großen Play-Doh-Planeten.
• Ist die Anziehungskraft des Saturns so groß wie die des Jupiters? Die Schwerkraft des Saturns ist im Vergleich zu der des Jupiters nicht sehr stark.

Erinnere die Kinder daran, dass die Anziehungskraft eines Planeten von seiner Masse und Größe abhängt. Saturn ist groß, aber er hat nicht annähernd so viel Masse in seinem Volumen wie Jupiter.

8. Bitten Sie die Gruppen, die Murmeln an verschiedenen Stellen und mit unterschiedlichen Mengen Play-Doh oder der Styroporkugel an verschiedenen Stellen ihres Gravitationsfeldes fallen zu lassen.

• Kreisen die Murmeln jemals kurz um den Planeten?
• Weichen sie jemals dem Planeten aus?
• Erleben kleine Asteroiden die Schwerkraft? Auch Asteroiden und andere kleine Körper wie Kometen werden durch die große Anziehungskraft der Sonne auf einer Umlaufbahn um die Sonne gehalten – selbst wenn sie sich in großer Entfernung von der Sonne befinden. Sie können auch in eine Umlaufbahn um einen Planeten gezogen werden – wie die beiden Monde des Mars – oder einen Mond oder Planeten treffen.

9. Nachdem die Kinder ihre Experimente beendet haben, besprechen Sie ihre Ergebnisse.

• Wie haben sich die Murmeln in Richtung des größten Play-Doh Planeten verhalten? Sie rollten direkt auf ihn zu. Wie war das mit der Schwerkraft? Der große Planet hatte eine große Masse und in unserem Modell auch eine große Schwerkraft.
• Wie verhielten sich die Murmeln gegenüber dem Styroporplaneten? Sie haben ihn vielleicht völlig ignoriert. Und warum? Die Kugel hatte nicht viel Masse und daher in diesem Modell sehr wenig Schwerkraft.
• Hat ein großes Objekt immer eine große Masse? Nein!
• Wenn wir die Schwerkraft eines Planeten und seine Größe messen können, was kann uns das über den Planeten sagen? Die Anziehungskraft des Planeten kann uns mehr über die Masse des Planeten verraten, was uns hilft, seine Dichte zu bestimmen und wie sein Inneres beschaffen ist.

Bitte die Kinder, anhand ihrer Modelle in ihr Tagebuch zu zeichnen, wie tief die Schwerkraft des Mondes, der Erde und des Jupiters im Weltraum ist. Lassen Sie sie beschreiben, wie die Unterschiede in der Schwerkraft mit der Größe und Masse der einzelnen Objekte zusammenhängen.

10. Fordern Sie die Kinder auf, zu beschreiben, wie dieses Modell der Schwerkraft der realen Schwerkraft ähnelt und wie es versagt.

• Bewegen sich Objekte im Sonnensystem bei echter Schwerkraft aufeinander zu, so wie im Modell? Ja.
• Rollen Objekte im Weltraum aufgrund der Schwerkraft aufeinander zu? Nein, sie werden angezogen, aber sie rollen nicht.
• Stoßen die Planeten in unserem Sonnensystem normalerweise aneinander? Nein, sie sind sehr weit voneinander entfernt und kreisen um die Sonne. Manchmal stoßen aber Kometen und Asteroiden mit Planeten zusammen.

Schlussfolgerung

Erläutern Sie, dass die Juno-Mission zum Jupiter die Schwerkraft des Jupiters in ähnlicher Weise erfahren wird wie eine sehr, sehr kleine Murmel in unserem Modell. Zeigen Sie ein Bild oder eine Videoanimation von Juno, die den Jupiter umkreist. (Juno wird den Jupiter jedoch umkreisen, anstatt in ihn hineinzufallen.) Die Instrumente von Juno werden genau verfolgen, wie sich die Anziehungskraft des Jupiters auf die Raumsonde verändert, wenn die Sonde die Oberfläche des Planeten passiert. Auf diese Weise wird Juno in der Lage sein zu messen, wie sich die Schwerkraft des Jupiters von Ort zu Ort unterscheidet. Durch die Messung der geringfügigen Veränderungen in Junos Flugbahn werden die Wissenschaftler erfahren, wo genau Jupiter den Großteil seiner Masse in seinem tiefen Inneren hält. Die Wissenschaftler können dann Details über die Zusammensetzung der unsichtbaren unteren Schichten und des Kerns des Jupiters ableiten.

• Wie stark wird die Anziehungskraft sein, die Juno auf seiner Umlaufbahn um den Jupiter spürt? Eine sehr starke Anziehungskraft!

Wenn möglich, bauen Sie auf dem Wissen der Kinder auf, indem Sie ihnen eine weitere Aktivität zum Thema „Jupiters Familiengeheimnisse“ anbieten. Laden Sie die Kinder ein, ihre Untersuchungen über Jupiter mit der abschließenden Aktivität „Meine Reise zum Jupiter“ abzuschließen, bei der sie Sammelalben erstellen, um ihre eigenen Reisen in die tiefsten Geheimnisse des Jupiter zu dokumentieren!