Die Lernenden tauchen 25-g- und 50-g-Hakengewichte in einen auf 15 ml gefüllten Messzylinder und lesen den jeweiligen Wasseranstieg ab. Der Vergleich mit geometrisch berechneten Körpervolumina zeigt, dass das verdrängte Flüssigkeitsvolumen dem Volumen des eingetauchten Körpers entspricht. Sie beurteilen kleine Abweichungen durch Hakenvolumen und Ableseposition und wenden die Verdrängungsmethode begründet auf unregelmäßige Körper an.

Die Lernenden bestimmen bei fünf Metallzylindern das Volumen durch Wasserverdrängung und die Masse über die Kraftanzeige. Aus den Wertepaaren berechnen sie den Quotienten Masse/Volumen und unterscheiden Materialien trotz gleicher Körperform. Damit verknüpfen sie zwei Messverfahren, werten eine Tabelle quantitativ aus und nutzen Dichte als materialspezifisches Modell.

Die Lernenden belasten eine frei hängende Schraubenfeder in 25-g-Schritten und messen für jede Kraft ihre Länge und Dehnung. Aus dem Diagramm Dehnung gegen Kraft erschließen sie den linearen Zusammenhang im elastischen Bereich. Sie erstellen und interpretieren eine Messwertgrafik, bestimmen das konstante Verhältnis F/Δs und formulieren daraus das Hooke’sche Gesetz.

Die Lernenden hängen bekannte Massen nacheinander an einen justierten Federkraftmesser und vergleichen Gewichtskraft mit Skalenanzeige. Die proportionale Federdehnung macht den Betrag einer Kraft direkt in Newton ablesbar. Sie prüfen die Kalibrierung eines Messgeräts, berücksichtigen die Nullstellung und beurteilen die Übereinstimmung von Soll- und Messwerten.

Die Lernenden belasten eine einseitig eingespannte Blattfeder an verschiedenen Punkten und beobachten ihre Biegung. Betrag, Richtung und Angriffspunkt der Kraft sowie das Material bestimmen die Stärke der Verformung. Durch das gezielte Ändern einzelner Einflussgrößen prüfen sie eine Hypothese zur Kraftwirkung und trennen Beobachtung von Modellbeschreibung.

Die Lernenden verändern die wirksame Länge einer Blattfeder, ziehen sie mit dem Kraftmesser aus und messen die Auslenkung. Für jede Federlänge ergibt sich ein eigenes Verhältnis zwischen Kraft und Durchbiegung. Sie vergleichen Messreihen, bestimmen Federkonstanten und erklären, warum die Geometrie eines Bauteils seine Steifigkeit beeinflusst.

Die Lernenden ziehen eine Last über eine Rolle aus verschiedenen Richtungen und messen die jeweils erforderliche Kraft. Für dieselbe Wirkung hängt der Kraftbetrag von der Angriffsrichtung ab. Sie erfassen Kraft als gerichtete Größe, stellen Richtung und Betrag gemeinsam dar und übertragen die Erkenntnis auf technische Kraftumlenkungen.

Die Lernenden belasten ein Schnursystem an drei verschiedenen Angriffspunkten und vergleichen die Hubwege zweier Außenlasten. Am mittleren Punkt sind die Wege gleich, bei seitlicher Belastung unterscheiden sie sich. Sie nutzen die Wegverhältnisse als indirekten Nachweis der Kraftzusammensetzung und erklären die Bedeutung des Angriffspunkts.

Die Lernenden hängen eine unregelmäßige Pappfigur nacheinander an mehreren Punkten auf und zeichnen nach dem Einpendeln die Lotlinien ein. Der Schnittpunkt der Linien bleibt unabhängig vom Aufhängepunkt gleich und kennzeichnet den Schwerpunkt. Sie wenden ein geometrisches Konstruktionsverfahren an, prüfen das Ergebnis durch Balancieren und beurteilen mögliche Zeichnungsungenauigkeiten.

Die Lernenden lagern den Hebelarm so, dass sein Schwerpunkt oberhalb, unterhalb oder im Aufhängepunkt liegt. Nach dem Auslenken zeigt der Hebel labiles, stabiles oder indifferentes Gleichgewicht. Sie ordnen Bewegungsbeobachtungen drei Gleichgewichtsmodellen zu und begründen die Zuordnung mit der Lage von Schwerpunkt und Drehpunkt.

Die Lernenden ziehen ein Papier langsam, stoppen es abrupt oder ziehen es ruckartig unter einem unterschiedlich beladenen Becher weg. Der Becher widersetzt sich schnellen Änderungen seines Ruhe- oder Bewegungszustands; größere Masse verstärkt den Effekt. Sie vergleichen vier Bewegungsabläufe und entwickeln daraus ein allgemeines Trägheitsmodell statt nur einen Einzelfall zu beschreiben.

Die Lernenden bringen einen zweiseitigen Hebel mit unterschiedlichen Last- und Kraftarmen ins Gleichgewicht und notieren die Kraftwerte. Im Gleichgewicht stimmen die Produkte aus Kraft und Hebelarm auf beiden Seiten überein. Sie strukturieren Messwertpaare, prüfen das Drehmomentmodell und nutzen es zur Vorhersage weiterer Gleichgewichtslagen.

Die Lernenden verschieben eine Last auf derselben Seite des Drehpunkts und messen die Gegenkraft am Hebelende. Mit wachsendem Lastarm steigt die notwendige Kraft; Kraft- und Lastarm liegen beim einseitigen Hebel auf derselben Seite. Sie vergleichen einseitige mit zweiseitigen Hebeln und übertragen das Hebelgesetz auf Nussknacker, Schubkarre und Unterarm.

Die Lernenden justieren eine unbelastete Balkenwaage und gleichen einen unbekannten Körper mit bekannten Gewichtsstücken aus. Bei gleich langen Hebelarmen zeigt die Gleichgewichtslage gleiche Massen auf beiden Waagschalen an. Sie wenden direkten Vergleich als Messprinzip an und erklären, warum Nullabgleich und waagerechte Lage für belastbare Ergebnisse nötig sind.

Die Lernenden führen eine Schnur über eine ortsfeste Rolle, verändern die Zugrichtung und messen die Kraft. Die Rolle kehrt die Kraftrichtung um, lässt den erforderlichen Kraftbetrag jedoch nahezu unverändert. Sie vergleichen Vektorrichtung und Betrag getrennt und erklären den praktischen Nutzen der Rolle beim Heben aus günstiger Arbeitsposition.

Die Lernenden hängen eine Last an eine bewegliche Rolle und messen die Zugkraft in den beiden tragenden Schnurabschnitten. Jeder Abschnitt trägt etwa die halbe Gewichtskraft, während der Zugweg doppelt so groß wird. Sie erstellen eine Kraft- und Wegbilanz und erklären die Kraftersparnis ohne einen Energiegewinn zu behaupten.

Die Lernenden kombinieren feste und lose Rolle zu einem Flaschenzug und messen Kraft sowie Zugweg für verschiedene Lasten. Die Anordnung verbindet günstige Zugrichtung mit der Kraftteilung auf zwei tragende Schnurabschnitte. Sie zerlegen das System in Teilfunktionen, bilanzieren Kraft und Weg und übertragen das Modell auf reale Hebezeuge.

Die Lernenden heben eine Last direkt und mit einem Rollensystem, messen Kräfte und Wege und berechnen beide Arbeiten. Die Nutzarbeit ist wegen Reibung kleiner als die zugeführte Arbeit; ihr Verhältnis beschreibt den Wirkungsgrad. Sie führen eine quantitative Energiebilanz durch, berechnen einen Prozentwert und diskutieren Messunsicherheiten und Reibungsverluste.

Die Lernenden ziehen einen belasteten Messwagen über geneigte Ebenen unterschiedlicher Höhe und messen Zugkraft und Weg. Eine flachere Ebene benötigt weniger Kraft, aber einen längeren Weg; die ideale Arbeit bleibt vergleichbar. Sie variieren die Neigung kontrolliert, vergleichen Kraft-Weg-Produkte und übertragen das Prinzip auf Rampen und Schrauben.

Die Lernenden neigen unterschiedlich gefüllte Gefäße und beobachten die Lage der unbedeckten Wasseroberfläche. Die Oberfläche stellt sich unabhängig von der Gefäßlage stets waagerecht ein. Sie abstrahieren die Beobachtung zu einem Modell der freien Flüssigkeitsoberfläche und nutzen es zur Erklärung von Wasserwaagen.

Die Lernenden verbinden Gefäße unterschiedlicher Form und Füllhöhe miteinander und beobachten den Niveauausgleich. Nach dem Verbinden liegen die freien Oberflächen in allen Gefäßteilen gleich hoch. Sie prüfen, welche Größen den Endzustand nicht beeinflussen, und erklären das Ergebnis über gleichen hydrostatischen Druck.

Die Lernenden füllen einen Schlauch vollständig mit Wasser, führen sein Ende tiefer als die Ausgangsoberfläche und starten den Fluss. Die Flüssigkeit strömt über den Gefäßrand, bis Luft eintritt oder die Niveaus ausgeglichen sind. Sie verwenden Druck- und Höhenmodell zur Erklärung des Hebers und beurteilen die Bedingungen für einen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom.

Die Lernenden verändern mit einer Spritze den Druck über einem teilweise gefüllten Taucher und beobachten Sinken, Schweben und Steigen. Zusätzlicher Druck presst Wasser in den Taucher, erhöht seine mittlere Dichte und lässt ihn absinken. Sie wenden ein Dichte-Auftriebs-Modell auf drei Bewegungszustände an und erklären die Umkehrbarkeit des Vorgangs.

Die Lernenden erzeugen an einem Schenkel eines U-Rohres verschiedene Drücke und lesen die Höhendifferenz der gefärbten Flüssigkeit ab. Die Differenz wächst mit dem Druckunterschied und erlaubt dessen quantitative oder vergleichende Bestimmung. Sie nutzen eine indirekte Messgröße, legen Bezugsniveaus fest und diskutieren Ablesefehler durch Meniskus und Parallaxe.

Die Lernenden tauchen einen angeschlossenen Trichter in mehrere Wassertiefen und messen die Manometerausschläge. Der Druck steigt mit der Höhe der darüberliegenden Wassersäule, nicht mit der Gefäßform. Sie erstellen eine Messreihe, identifizieren Tiefe als unabhängige Variable und erklären die Daten mit dem Schweredruckmodell.

Die Lernenden bewegen einen Pumpenkolben und verfolgen, wie zwei Ventilkugeln Ansaug- und Druckphase steuern. Beim Herausziehen öffnet der Einlass, beim Hineindrücken schließt er und der Auslass gibt Wasser frei. Sie rekonstruieren einen zyklischen technischen Prozess aus Einzelbeobachtungen und übertragen Druckunterschiede auf Pumpenanwendungen.

Die Lernenden tauchen Rohre verschiedener Innendurchmesser in gefärbtes Wasser und vergleichen die Steighöhen. Je enger die Kapillare, desto höher steigt das Wasser über den äußeren Flüssigkeitsspiegel. Sie prüfen den Zusammenhang zwischen Rohrweite und Steighöhe und erklären ihn mit Adhäsion, Kohäsion und Oberflächenspannung.

Die Lernenden benetzen unterschiedliche feste Oberflächen und vergleichen Form, Haftung und Ablaufen der Wassertropfen. Starke Anziehung zwischen Wasser und Oberfläche führt zu besserer Benetzung und größerer Haftung. Sie klassifizieren qualitative Beobachtungen anhand transparenter Kriterien und unterscheiden Adhäsions- von Kohäsionskräften.

Die Lernenden ziehen einen Haltering mit dem Kraftmesser langsam aus einer Wasseroberfläche und vergleichen die Abreißkraft mit seinem Gewicht. Die zusätzliche Kraft entsteht durch die gespannte Oberfläche und die Kohäsion der Wasserteilchen. Sie bestimmen eine nicht direkt sichtbare Wechselwirkung über eine Kraftdifferenz und bewerten die Reproduzierbarkeit mehrerer Messungen.

Die Lernenden wiegen einen Körper in Luft und eingetaucht und fangen zugleich das verdrängte Wasser auf. Der scheinbare Gewichtsverlust entspricht der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit. Sie verknüpfen zwei unabhängige Messungen, überprüfen das archimedische Prinzip und berücksichtigen Nullpunkt- und Ablesefehler.

Die Lernenden beladen ein schwimmendes Reagenzglas und markieren für verschiedene Massen seine Eintauchtiefe. Eine größere mittlere Dichte führt zu tieferem Eintauchen; die Skala kann zur Dichtebestimmung kalibriert werden. Sie entwickeln aus Messpunkten ein Funktionsmodell und erklären die Arbeitsweise eines Aräometers.

Die Lernenden bringen Körper unterschiedlicher Dichte in Wasser und verändern bei einem Modellkörper Masse beziehungsweise eingeschlossenes Luftvolumen. Körper schwimmen, schweben oder sinken je nach Verhältnis ihrer mittleren Dichte zur Flüssigkeitsdichte. Sie wenden dasselbe Dichtemodell auf verschiedene Fälle an und begründen Vorhersagen für veränderte Körperzusammensetzungen.

Die Lernenden richten einen Wasserstrahl auf ein Schaufelrad und verändern Durchfluss oder Fallhöhe. Das Rad dreht sich schneller, wenn pro Zeit mehr Wasser beziehungsweise mehr Lageenergie übertragen wird. Sie verfolgen die Energieübertragung vom Wasser auf das Rad und übertragen das Modell auf Wasserräder und Turbinen.

Die Lernenden schließen Luft in einem Ballon oder Gefäß ein, verändern seinen Zustand und vergleichen ihn mit dem ungefüllten Aufbau. Die eingeschlossene Luft beansprucht Raum und trägt trotz geringer Dichte zur Masse des Systems bei. Sie nutzen Volumen- und Massenbeobachtungen, um Luft als Materie zu modellieren und alltagssprachliche Fehlvorstellungen zu prüfen.

Die Lernenden komprimieren Luft in einer verschlossenen Spritze und erwärmen beziehungsweise kühlen ein abgeschlossenes Gasvolumen. Druckvergrößerung verkleinert das Volumen, Erwärmung vergrößert es bei beweglicher Begrenzung. Sie trennen die Einflüsse von Druck und Temperatur und erklären beide Beobachtungen mit dem Teilchenmodell.

Die Lernenden verschließen ein Gefäß mit einer flexiblen Membran und verändern den Innendruck. Die Membran wird durch den äußeren Luftdruck eingedrückt, sobald innen ein geringerer Druck herrscht. Sie erschließen atmosphärischen Druck aus einer sichtbaren Verformung und verwenden ein Kräftegleichgewicht zur Erklärung.

Die Lernenden erzeugen um einen Ballon Unter- und Überdruck und beobachten seine Volumenänderung. Der Ballon dehnt sich bei kleinerem Außendruck aus und wird bei größerem Außendruck zusammengedrückt. Sie variieren gezielt eine Randbedingung und erklären die Formänderung über den Druckunterschied an der Ballonhaut.

Die Lernenden drücken auf einen Kolben bekannter Fläche und messen die Kraft, die ein eingeschlossenes Gas ausübt. Aus Kraft und Kolbenfläche lässt sich der Gasdruck bestimmen; Volumenänderungen verändern den Messwert. Sie leiten eine Größe aus zwei Messgrößen ab und beurteilen, wie Kolbenreibung die Genauigkeit des Manometermodells beeinflusst.

Die Lernenden drücken Luft durch ein Steigrohr in eine teilweise gefüllte Spritzflasche. Der Überdruck presst Flüssigkeit im Steigrohr nach oben und als Strahl aus der Düse. Sie erklären die technische Funktion aus Druckübertragung und Rohrführung und übertragen sie auf Labor- und Haushaltsflaschen.

Die Lernenden tauchen einen umgedrehten, luftgefüllten Becher in Wasser und beobachten den inneren Wasserstand. Die eingeschlossene Luft verhindert zunächst das Eindringen des Wassers; mit zunehmender Tiefe wird sie komprimiert. Sie verbinden Gasdruck, Volumenänderung und hydrostatischen Druck zu einem Modell der Taucherglocke.

Die Lernenden erwärmen eingeschlossene Luft oder Dampf und leiten die Expansion auf ein Schaufelrad. Die thermische Energie erhöht den Gasdruck und wird teilweise in sichtbare Drehbewegung umgewandelt. Sie modellieren die mehrstufige Energieumwandlung und übertragen das Prinzip auf Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren.

Die Lernenden ziehen einen Aufbau in verschiedener Höhe seitlich, verändern Aufstandsfläche, Masse und Schwerpunktlage und messen die Kippkraft. Eine breite Basis, größere Masse, tiefer Schwerpunkt und niedriger Angriffspunkt erhöhen die Standfestigkeit. Sie variieren mehrere Größen kontrolliert, vergleichen ihre Wirkungen und übertragen die Ergebnisse auf Fahrzeuge, Möbel und Bauwerke.

Die Lernenden messen die Kraft zum Anfahren, Weitergleiten und Rollen eines belasteten Messwagens. Haftreibung ist größer als Gleitreibung, während Rollreibung deutlich kleiner ausfällt. Sie wählen vergleichbare Bedingungen, identifizieren Kraftmaxima und übertragen die Ergebnisse auf technische Maßnahmen zur Reibungsminderung.

Die Lernenden hängen eine unbekannte Masse an den kurzen Arm und verschieben ein bekanntes Laufgewicht auf dem langen Arm bis zum Gleichgewicht. Die unbekannte Masse folgt aus bekanntem Gewicht und den beiden Hebelarmen. Sie bestimmen eine Größe indirekt über das Drehmomentgleichgewicht und beurteilen, wie Skalenauflösung und Ablesefehler das Ergebnis begrenzen.

Die Lernenden verbinden zwei wassergefüllte Spritzen und drücken abwechselnd auf beide Kolben. Der Druck wird in alle Richtungen übertragen, während das verdrängte Volumen den zweiten Kolben bewegt. Sie prüfen Volumenerhaltung und geringe Kompressibilität und nutzen das Pascal-Prinzip zur Erklärung hydraulischer Systeme.

Die Lernenden ziehen Luft mit einer Spritze aus einer verschlossenen Saugflasche und prüfen die Wirkung des verminderten Innendrucks. Eine vollständige Luftleere entsteht nicht, aber der verbleibende Druck wird deutlich kleiner als der Außendruck. Sie beurteilen die Grenze des verwendeten Verfahrens und unterscheiden alltagssprachliches Vakuum von einem luftverdünnten Raum.

Die Lernenden leiten komprimierte Luft in einen Aufbau mit beweglichem Kolben und belasten ihn schrittweise. Der Gasdruck übt auf die Kolbenfläche eine messbare Kraft aus und kann eine Last anheben. Sie verknüpfen Druck, Fläche und Kraft und nutzen Messdaten zur Erklärung pneumatischer Antriebe.