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3. NEWTONSCHE AXIOM- UMSETZUNG IM SPORTUNTERRICHT

Autoren: Maren Hoffmann

Creative-Commons-Lizenz Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International (CC BY-SA 4.0)

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Übersicht

• Fachwissenschaftlicher Hintergrund

• Bezug zum Sport

• Lehrplanbezug

• Praktische Experimente

• Arbeitsmaterial

o Stationskarte - Experiment 1 (1)

o Stationskarte - Experiment 2 (2)

o Stationskarte - Experiment 3 (3)

o Stationskarte - Experiment 4 (4)

o Auswertungsbogen (5)

• Videos

o Versuchsaufbau Experiment 2 (1)

o Versuchsdurchführung (2)

o Versuchsaufbau Experiment 4 (3)

o Versuchsdurchführung (4)

• Quellenverzeichnis

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Fachwissenschaftlicher Hintergrund

In dem Fachgebiet der Dynamik werden die beobachteten Bewegungen auf ihre zu-

grunde liegenden Auslöser hin hinterfragt. Zu diesem Gebiet zählen auch die

Newton'schen Axiome. Dazu formulierte Isaac Newton (1643-1727) auf Grundlage

von Untersuchung von Galileo Galilei (1564-1642) die drei bekannten Newton'sche

Axiome1. Darunter zählen der Trägheitssatz, der Bewegungssatz und das Prinzip

actio = reactio.

"Wirkt auf einen Körper eine Kraft F, die in einem anderen Körper ihren Ursprung hat,

so wirkt auf diesen anderen Körper eine gleich große entgegengesetzte Kraft"2. Viele

Situationen, die aus dem Sport bekannt sind, bestätigen diese Erkenntnis. Dies wird

beispielsweise beim Kugelstoßen deutlich. So erfährt man eine Gegenkraft der Kugel

nach hinten-unten, wenn man die Kugel nach vorne-oben beschleunigt. Daher ist es

wichtig, dass man immer auch die Gegenkraft betrachtet, um sich wirkende Kräfte-

verhältnisse bewusst zu machen. So resultiert aus einem Absprung und der damit

verbundenen Bremskraft eine genau entgegengesetzte Gegenkraft. In Bezug auf

dieses Beispiel muss auch nochmals herausgestellt werden, dass ein Körper allein

keine Kraftwirkung erfahren kann. Es braucht also immer einen zweiten Körper3.

Bezug zum Sport

Das 3. Newton'sche Axiom, auch Wechselwirkungsgesetz genannt, ist Grundvoraus-

setzung, dass sportliche Bewegungen überhaupt möglich sind. Es besagt, dass jede

actio mit einer gleichgroßen aber entgegengesetzten reactio verbunden ist. Dabei

greifen actio und reactio stets an zwei verschiedenen Körpern an4.

Der Sprint in der Leichtathletik bedient sich auch dieses Prinzips. Um die Wechsel-

wirkung noch zu verstärken, tragen die Sportler Spikes. Denn sie erzielen viel größe-

re horizontale Kräfte gegen den Boden. Wie wichtig dies sein kann, kann ein Sportler

erfahren, wenn er auf einer nassen Bahn mit rutschigen Sportschuhen so schnell wie

möglich beschleunigen will5.

Beim Schwimmen beispielsweise bedient man sich dem Wechselwirkungsgesetz, um

seinen Körper im Wasser anzutreiben. Durch den doppelten S-Zug der Arme in der

Unterwasserphase des Armzugs beim Kraulschwimmen beispielsweise erzeugt der

Schwimmer eine nach hinten gerichtete actio-Kraft. Dadurch erfährt der Körper wie-

derum eine gleichgroße genau entgegengesetzte reactio-Kraft und der Schwimmer

bewegt sich somit fort6.

Das Wechselwirkungsgesetz wird sich im Sport auch zunutze gemacht, um eine

sportliche Leistung zu optimieren. Hierzu zählen folgende Aspekte, die jeweils mit

einem Beispiel erläutert werden.

1 Peters 2009, 16

2 Peters 2009, 19

3 Peters 2009, 19-20

4 Dorn 2001

5 Weineck 2009, 68

6 Dorn 2001

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Zum einen kann eine Gegenbewegung eines oder mehrerer Körperteile dazu beitra-

gen, den Körper im Gleichgewicht zu halten. Dies geschieht beim Laufen bzw. Ge-

hen. Mit Vorbringen des rechten Beins wird der linke Arm nach vorne gebracht. Dies

bewirkt eine Drehung der Hüft- und Schulterachse um die Körperlängsachse, die

wiederum voneinander entgegengesetzt sind. Durch die gegenläufigen Pendelbewe-

gungen bleibt der Körper stabil bzw. im Gleichgewicht7.

Zweitens kann eine Optimierung des Beschleunigungsverlaufs erzielt werden. Man

betrachte sich hierzu den Handballschlagwurf. Der Spieler dreht hierzu die Wurfarm-

schulter zurück. Um nun eine Rotation des gesamten Oberkörpers um die Längsach-

se zu vermeiden, dreht der Spieler die Hüfte entgegengesetzt nach vorne. Die hier

entstandene Verwringung des Körpers bewirkt eine Verlängerung des Beschleuni-

gungswegs und eine Erhöhung der Anfangskraft, da die Rumpfmuskulatur optimal

vorgedehnt wird8.

Ein weiterer Aspekt sind gegenläufige Teilbewegungen des Körpers in Flugphasen,

die eine Optimierung der sportlichen Leistung erzielen können. Hierzu schaut man

sich beispielsweise den Weitsprung in der Leichtathletik an. Nach dem Absprung ist

die Flugbahn des Körperschwerpunkts festgelegt und nicht mehr beeinflussbar. Der

Sportler kann jedoch seine einzelnen Körperteile zueinander vielfältig verändern. So

führt der Weitspringer zur Vorbereitung einer optimalen Landung die sogenannte

"Klappmesserbewegung" aus. Dadurch dass er den Oberkörper und die Arme nach

unten senkt, werden die Beine nach dem Prinzip der Wechselwirkung stärker ange-

hoben. Dies hat zur Folge, dass der Springer eine größere Weite erzielen kann9.

Lehrplanbezug

Die Newton'schen Axiome werden laut Lehrplan Sport der Sekundarstufe II für das

Land Rheinland-Pfalz hauptsächlich im Leistungskurs im Rahmen der Theorieeinhei-

ten thematisiert. Diese sollen im Halbjahr 12/1 in der Thematik Bewegungslernen

erlernt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen unter dem biomechanischen

Aspekt Kenntnisse der Struktur der zu erlernenden Bewegung erlangen. Dazu sind

Grundlagen der Biomechanik und Analyse von Bewegungen aus biomechanischer

Sicht im höchsten Maße relevant. Darunter zählen sportbezogene Begriffe und Ge-

setzmäßigkeiten der Mechanik. Im Gegensatz zur Physik soll im Sport Leistungskurs

eine sportspezifische Betrachtungsweise, die es ermöglicht, eine vorrangig anschau-

liche Vermittlung des Zusammenwirkens der auftretenden Kräfte darzustellen, her-

angezogen werden10.

7 Weineck 2009, 69

8 ebd.

9 Weineck 2009, 70

10 vgl. MBWW 1998, 109-110

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Beobachtung Experiment 1

Aufbau Experiment 1

Praktische Experimente

Im Folgenden werden einige Experimente zum 3. Newton'schen Axiom vorgestellt.

Die Medien sind so erstellt worden, dass sie sich gut in eine Unterrichtseinheit ein-

betten lassen. Dazu sind verschiedenste Herangehensweisen denkbar. Beispiels-

weise wird zuerst mithilfe der Medien gezeigt, wie das Experiment aufgebaut ist und

was im Folgenden passieren soll. Anschließend können die SuS ohne Kommentar

des Lehrers Vermutung aufstellen. Diese werden gesammelt und im nächsten Schritt

erfolgt die Auflösung, die dann mithilfe des bislang erworbenen Wissens in einem

Unterrichtsgespräch erklärt werden kann. Eine weitere Herangehensweise wäre die

Umsetzung in eine Stationsarbeit. Denn die Experimente sind so gestaltet, dass sie

sehr leicht in einer Unterrichtsstunde von den SuS selbst innerhalb einer Stationsar-

beit durchgeführt werden können. Dazu können die Stationskarten und der Auswer-

tungsbogen dienen, um einen gut organisierten Rahmen zu gewährleisten.► 1-2

Experiment 1

Aufbau

Ein Rollbrett, eine Person, eine Hantelstange, eine

Weichbodenmatte

Durchführung

Eine Person steht vor einer Weichbodenmatte auf einem

Rollbrett und hält eine Hantelstange in den Händen. Sie

stößt die Hantelstange so von sich, dass sie auf der

Weichbodenmatte landet.

Beobachtung

Die Hantelstange fliegt auf die Weichbodenmatte. Die

Person rollt mit dem Rollbrett von der Weichbodenmatte

weg.

Erklärung

Die actio-Kraft ist das Werfen der Hantelstange

auf die Matte. Die daraus resultierende reactio-

Kraft ist das Fahren des Rollbretts weg von der

Weichbodenmatte und somit genau entgegen-

gesetzt gerichtet.

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Aufbau Experiment 2

Aufbau Experiment 3 und 4

Erklärung Experiment 2

Erklärung Experiment 3

Experiment 2

Aufbau

Ein Rollbrett, eine Person, eine Bodenmarkierung, ► 1

Durchführung

Eine Person steht auf einem Rollbrett. Die Bodenmarkierung

befindet sich genau unter

dem Rollbrett. Die Person

soll sich durch Bewegun-

gen auf dem Rollbrett

deutlich nach rechts über

die Markierung bewegen.

Beobachtung

Er schafft dies nicht. Er bewegt sich nur in unmittelbarer Nähe der Bodenmarkierung.

Erklärung

Die Person auf dem Rollbrett kann keine entgegengesetzte Kraft ausüben, um sich in Bewegung zu versetzen. Es muss stets eine weitere Kraft wirken, denn eine letztend-lich wirksame Kraft ist nie allein. ► 2

Experiment 3

Aufbau

Zwei Rollbretter, zwei Personen, ein Seil

Durchführung

Zwei Personen stehen sich jeweils auf einem

Rollbrett gegenüber. Sie halten ein Seil in den

Händen. Eine Person soll an dem Seil ziehen.

Beobachtung

Beide Personen bewegen sich aufeinander zu.

Erklärung

Person A übt eine actio-Kraft aus und bewegt

sich damit auf Person B zu. Über das Seil

greift diese an Person B an. Somit erfährt

Person B eine reactio-Kraft und bewegt sich

somit auch auf Person A zu.

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Erklärung Experiment 4

Experiment 4

Aufbau

Zwei Rollbretter, zwei Personen, ein Seil, ► 3

Durchführung

Zwei Personen stehen sich jeweils auf einem Rollbrett gegenüber. Sie halten ein Seil

in den Händen. Nun ziehen beide Personen an dem Seil.

Beobachtung

Beide Personen bewegen sich

wieder aufeinander zu.

Erklärung

Die Erklärung ist identisch zur Er-

klärung in Versuch 2. Da sich die

Rollbretter gleichmäßig aufeinan-

der zu bewegen und sich in der

Mitte treffen, kann festgehalten

werden actio = reactio. ► 4

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Stationskarte - Experiment 1 1

Führe das Experiment 1 durch.

Aufbau

• Person

• Rollbrett

• Hantelstange

• Weichbodenmatte

Durchführung

Eine Person steht vor einer Weichbodenmatte auf einem Rollbrett und

hält eine Hantelstange in den Händen. Sie stößt die Hantelstange so von

sich, dass sie auf der Weichbodenmatte landet.

Auswertung

Was beobachtest du?

Finde eine Erklärung zu deiner Beobachtung.

Notiere diese auf deinem Auswertungsbogen!

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Stationskarte - Experiment 2 2

Führe das Experiment 2 durch.

Aufbau

• Person

• ein Rollbrett

• eine Bodenmarkierung

Durchführung

Eine Person stellt sich auf das Rollbrett. Das Rollbrett sollte mittig auf

der Bodenmarkierung stehen. Die Person soll versuchen sich auf dem

Rollbrett ohne Berührung des Bodens oder einer anderen Person auf

eine Seite der Bodenmarkierung zu bewegen.

Auswertung

Was beobachtest du?

Finde eine Erklärung zu deiner Beobachtung.

Notiere diese auf deinem Auswertungsbogen!

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Stationskarte - Experiment 3 3

Führe das Experiment 3 durch.

Aufbau

• Zwei Personen

• Ein Rollbrett

• ein Seil

• eine Bodenmarkierung

Durchführung

Zwei Personen stehen sich jeweils auf einem Rollbrett gegenüber. Sie

halten ein Seil in den Händen. Nun soll eine Person an dem Seil ziehen.

Auswertung

Was beobachtest du?

Finde eine Erklärung zu deiner Beobachtung.

Notiere diese auf deinem Auswertungsbogen

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Stationskarte - Experiment 4 4

Führe das Experiment 4 durch.

Aufbau

• Zwei Rollbretter

• ein Seil

• eine Bodenmarkierung

Durchführung

Zwei Personen stehen sich jeweils auf einem Rollbrett gegenüber. Sie

halten ein Seil in den Händen. Nun sollen beide Personen an dem Seil

ziehen.

Auswertung

Was beobachtest du?

Finde eine Erklärung zu deiner Beobachtung.

Notiere diese auf deinem Auswertungsbogen!

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Auswertungsbogen 5

EXPERIMENT 1

Beobachtung

Erklärung

EXPERIMENT 2

Beobachtung

Erklärung

EXPERIMENT 3

Beobachtung

Erklärung

EXPERIMENT 4

Beobachtung

Erklärung

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Quellenverzeichnis

Literatur

Abbildung / Foto

Video

Urheber des Beitrages

Autor Literaturname Erscheinungsort Erscheinungsjahr Verlag

Peters, W. Abitur- Training Sport, Bewe-gungslehre Sport-psychologie,

Freising 2009 Stark

Ministerium für Bildung, Wis-senschaft und Weiterbildung (MBWW) (Hrsg.)

Lehrplan Sport, Sekundarstufe I

Mainz 1998

Dorn, E. Bewegungslehre und Biomechanik des Sports Teil 1: Biomechanische Grundlagen

2001 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden Württemberg

Nummer Urheber

Alle Fotos Maren Hoffmann, Lisa Schmalen, Hans-Martin Jakobs

Arbeitsmaterial 1-4 Maren Hoffmann

Nummer Urheber

1-4 Maren Hoffmann, Lisa Schmalen, Hans-Martin Jakobs

Autor Berater Institution

Maren Hoffmann/Sportlehrerin; Lisa Schmalen, Hans-Martin Jakobs/Lehramtstudierende

Minnich, Marlis

Institut für Sportwissenschaft, Universität Koblenz- Landau, Campus Koblenz