Materialien zum Unterricht

Myas Welt der Physik: Erwin auf der Geraden – ein Trickfilm über Diagramme mit Fehlerbalken

Frage des Tages bei Mya: Wie schnell ist Kater Erwin, wenn eine Dose Thunfisch aufgeht? Paul, der Praktiker, stoppt mit dem Daumen. Theo, der Theoretiker, zeichnet das Diagramm und lässt niemanden Punkte verbinden. Und Kater Erwin rennt, frisst und macht unterwegs einen kleinen Abstecher zu seinem grauen Abwasserrohr. Das bleibt nicht ohne Folgen für die Messreihe.

Physik Klasse 11 (Leistungskurs), Thema Messunsicherheiten. Der Film dauert gut sechs Minuten. Die Witze sind albern, die Zahlen nicht: Fehlerkreuze, Ausgleichsgerade (Methode der kleinsten Quadrate) und die steilste und flachste Gerade durch alle Fehlerkästchen werden aus den Messwerten exakt berechnet. Ausführlich mit Stoppuhr-Duell, Messgeräten und Fehlerfortpflanzung: Ganz genau ungefähr! – Mya und die Messunsicherheit.

Der Film: Erwin auf der Geraden

Hier stehen die Untertitel, sobald der Film läuft.

Tempo:

Jetzt ziehst du die Geraden!

Erwin ist satt, das Millimeterpapier gehört dir. Stelle zuerst die Fehlerkreuze ein, dann zieh die Geraden an ihren runden Griffen mit der Maus oder dem Finger zurecht. Kästchen, die eine Gerade verfehlt, werden rot. Mit „Erwin rennt noch mal“ gibt es eine neue Messreihe, manchmal mit, manchmal ohne Rohr-Pause.

Fehlerkreuze
0,20 s
0,20 m

Pauls Daumen: etwa ± 0,2 s. Napfkante oder Nasenspitze: etwa ± 0,2 m.

Ausreißer

Laufs in m t in s
Ausgleich m–
steil mmax–
flach mmin–

Was Erwin gelernt hat (und du hoffentlich auch)
  • Ein Messpunkt ist kein Punkt, sondern ein Fehlerkreuz: Balken ± Δx waagerecht und ± Δy senkrecht. Der wahre Wert liegt irgendwo im Kästchen drumherum.
  • Messpunkte werden nicht verbunden. Erwartet man einen linearen Zusammenhang, zeichnet man eine Ausgleichsgerade mitten durch die Punktwolke: ungefähr gleich viele Punkte darüber und darunter, möglichst durch alle Kästchen.
  • Ein Ausreißer darf nur mit nachvollziehbarem Grund weggelassen werden, und das gehört ins Protokoll („Lauf 4: Kater am Rohr“). Ohne Grund ist Weglassen Schummeln.
  • Die Steigung liest man an einem großen Steigungsdreieck ab: m = Δy/Δx, hier v = Δs/Δt.
  • Die steilste und die flachste Gerade, die noch durch alle Kästchen passen (Grenzgeraden), liefern m = (mmax + mmin)/2 und Δm = (mmax − mmin)/2. Sie berühren jeweils zwei gegenüberliegende Ecken von Kästchen, meist weit außen.
  • Kleinere Kästchen und ein größerer Messbereich machen die Steigung genauer. Passt gar keine Gerade durch alle Kästchen, waren die Unsicherheiten zu optimistisch geschätzt (oder ein Kater hat geschummelt).