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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».
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(c) «4 bis 8», Ausgabe 01/2014, S. 04-06 - Schulverlag plus AG
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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.
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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 <<<
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