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| {{:MOOCit - Oben}}
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| [[Datei:Balkenbruecke.svg|700px|center|Träger auf zwei Stützen]]
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| = Einleitung =
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| Stabilität ist ein grundlegendes Konzept im Bauwesen und in der Architektur. Es ist essenziell zu verstehen, welche Trägerformen die größte Stabilität bieten und wie Materialien wie Beton in der Bauindustrie verwendet werden. In diesem aiMOOC lernst Du die Grundlagen der [[Statik]] und die Eigenschaften verschiedener [[Trägerformen]] sowie Experimente, um die Stabilität von Trägern zu testen.
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| {{:BRK}}
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| = Trägerformen und ihre Stabilität =
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| {{:BRK}}
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| == Belastungstests: unterschiedliche Trägerformen ==
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| Träger sind ein fundamentaler Bestandteil von Strukturen im Bauwesen. Sie tragen Lasten und leiten diese weiter. In diesem Abschnitt wirst Du mehr über die verschiedenen Trägerformen lernen und wie sie Lasten unterschiedlich verteilen.
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| {{o}} [[Doppel-T-Träger]]: Ein Doppel-T-Träger, oft auch I-Träger genannt, hat eine Form, die einem "I" ähnelt. Dies führt dazu, dass das Material dort platziert wird, wo es die größte Wirkung gegen Biegung hat – an den oberen und unteren Rändern des Trägers.
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| {{o}} [[Quadratische Leisten|Quadratische Leiste]]: Quadratische Leisten sind einfacher in der Herstellung und können für bestimmte Konstruktionen ausreichend sein, insbesondere wenn die Lasten gering sind.
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| {{o}} [[Rechteckige Leisten|Rechteckige Leiste]]: Eine rechteckige Leiste kann ähnlich wie ein Doppel-T-Träger wirken, wenn sie so positioniert wird, dass sie einer I-Form ähnelt, allerdings ist sie nicht so material-effizient.
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| Die Experimente und Tests, die Du durchführen wirst, helfen Dir, die Unterschiede zwischen diesen Trägerformen in Bezug auf ihre Stabilität besser zu verstehen.
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| {{:BRK}}
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| == Tragwerke ==
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| [[Datei:Einfeldtraeger.png|700px|center|Einfeldträger mit Auflagerkräften]]
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| [[Datei:Durchlauftraeger.gif|700px|center|Statisches System eines Durchlaufträgers]]
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| Die Baustatik kennt zwei große Gruppen von Tragwerken:
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| * [[Stabwerk (Technische Mechanik)|Stabwerke]] ([[Stab (Statik)|Stäbe]], [[Träger (Architektur)|Träger]], [[Stütze (Bauteil)|Stützen]], [[Rahmen (Bauwesen)|Rahmen]], [[Bogen (Architektur)|Bogen]], [[Fachwerk]]e)
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| * [[Flächentragwerk]]e, bestehend aus [[Platte (Technische Mechanik)|Platten]], [[Scheibentheorie|Scheiben]], [[Schalentheorie|Schalen]] oder [[Membranbau|Membranen]].
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| <br>
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| <br>
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| <br>
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| == Belastungstests: Betonträger und Stahlbetonträger im Modell ==
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| Beton und Stahlbeton sind weit verbreitete Materialien im modernen Bauwesen. Sie sind dafür bekannt, enorme Druckkräfte aufnehmen zu können.
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| {{o}} [[Beton]]: Ein Betonträger kann sehr gut Druckkräfte aufnehmen, was ihn zu einem guten Kandidaten für Stützstrukturen macht.
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| {{o}} [[Stahlbeton]]: Stahlbeton kombiniert die Druckfestigkeit von Beton mit der Zugfestigkeit von Stahl, wodurch eine sehr belastbare Hybridstruktur entsteht.
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| In diesem Abschnitt wirst Du lernen, wie man Belastungstests mit Modellträgern durchführt und welche Materialien Du benötigst, um solche Tests zu realisieren.
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| {{:BRK}}
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| = Interaktive Aufgaben =
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| {{:BRK}}
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| == Quiz: Teste Dein Wissen ==
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| {{:Multiple-Choice Anfang}}
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| '''Was ist der Hauptzweck eines Trägers in Baustrukturen?'''
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| (Verteilung und Unterstützung von Lasten)
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| (!Dekorative Gestaltung)
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| (!Wärmeisolierung)
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| (!Erzeugung von elektrischer Energie)
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| '''Welche Form hat ein Doppel-T-Träger typischerweise?'''
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| (I-Form)
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| (!Quadratische Form)
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| (!Kreisförmige Form)
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| (!Dreiecksform)
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| '''Warum wird Beton häufig in der Bauindustrie verwendet?'''
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| (Er kann hohe Druckkräfte aufnehmen)
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| (!Er ist sehr leicht)
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| (!Er ist transparent)
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| (!Er kann elektrischen Strom leiten)
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| '''Was ist ein Vorteil von Stahlbeton gegenüber normalem Beton?'''
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| (Er kann sowohl Zug- als auch Druckkräfte aufnehmen)
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| (!Er ist billiger als normaler Beton)
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| (!Er ist vollständig aus Metall)
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| (!Er kann ohne Schalung verwendet werden)
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| '''Welche Eigenschaften werden bei einem Belastungstest von Trägern überprüft?'''
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| (Deformierung unter Last)
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| (!Farbbeständigkeit)
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| (!Temperaturbeständigkeit)
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| (!Durchsichtigkeit)
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| '''Welches Material wird nicht für Träger im Bauwesen verwendet?'''
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| (Glas)
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| (!Stahl)
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| (!Beton)
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| (!Holz)
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| '''Was sollte bei der Wahl der Trägerform berücksichtigt werden?'''
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| (Die Art und Größe der Last)
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| (!Die Farbe des Trägers)
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| (!Das Gewicht des Architekten)
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| (!Die Geschwindigkeit des Windes am Bauort)
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| '''Was ist eine quadratische Leiste?'''
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| (Eine Trägerform mit vier gleichen Seitenlängen)
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| (!Eine Leiste mit kreisförmigem Querschnitt)
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| (!Ein flexibles Seil)
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| (!Ein Träger in Form eines X)
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| '''Wofür wird eine rechteckige Leiste typischerweise verwendet?'''
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| (Für Strukturen, die weniger Last tragen müssen)
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| (!Für hochspannende elektrische Leitungen)
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| (!Als Wasserleitung)
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| (!Für dekorative Zwecke im Innendesign)
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| '''Wie nennt man den Prozess der Kraftübertragung durch Träger?'''
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| (Lastverteilung)
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| (!Kondensation)
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| (!Photosynthese)
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| (!Elektrolyse)
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| {{:Multiple-Choice Ende}}
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| <br>
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| {{:BRK}}
| |
| == Memory ==
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| <div class="memo-quiz">
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| {|
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| |-
| |
| | Doppel-T-Träger || I-Form
| |
| |-
| |
| | Beton || Druckkräfte aufnehmen
| |
| |-
| |
| | Stahlbeton || Kombinierte Zug- und Druckfestigkeit
| |
| |-
| |
| | Quadratische Leiste || Gleichlange Seiten
| |
| |-
| |
| | Belastungstest || Deformierung messen
| |
| |}
| |
| {{:Memo Ende}}
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| <br>
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| {{:BRK}}
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| == Kreuzworträtsel ==
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| <div class="kreuzwort-quiz">
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| {|
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| |-
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| | statik || Wissenschaft, die sich mit der Wirkung von Kräften beschäftigt.
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| |-
| |
| | beton || Material, das für seine hohe Druckfestigkeit bekannt ist.
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| |-
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| | zugkraft || Kraft, die Materialien auseinanderzieht.
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| |-
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| | i-form || Typische Form eines Doppel-T-Trägers.
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| |-
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| | last || Etwas, das von einem Träger getragen wird.
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| |-
| |
| | druckfestigkeit || Fähigkeit eines Materials, Druck zu widerstehen.
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| |-
| |
| | stahlbeton || Material, das Stahl und Beton kombiniert.
| |
| |-
| |
| | deformation || Veränderung der Form eines Materials unter Last.
| |
| |}
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| {{:Kreuzwort Ende}}
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| <br>
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| == LearningApps ==
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| <iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Stabilität+im+Bauwesen </iframe>
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| == Lückentext ==
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| <quiz display=simple>
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| {'''Vervollständige den Text.'''<br>
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| |type="{}"}
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| Die { I-Form } ist typisch für einen { Doppel-T-Träger } und ermöglicht eine effektive { Lastverteilung }. Beton ist ein Material, das besonders gut { Druckkräfte } aufnehmen kann, während { Stahlbeton } sowohl { Zug- } als auch Druckkräfte widerstehen kann. Ein { Belastungstest } dient dazu, die { Deformierung } eines Trägers unter Last zu messen.
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| </quiz>
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| {{:BRK}}
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| = Lernkontrolle =
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| {{o}} [[Problemstellung]]: Erkläre, wie die Form eines Trägers dessen Fähigkeit beeinflusst, Lasten zu tragen und zu verteilen.
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| {{o}} [[Diskussion]]: Diskutiere, ob moderne Materialien wie Stahlbeton traditionelle Bauweisen ersetzen sollten oder ob beide ihren Platz haben.
| |
| {{o}} [[Anwendung]]: Entwickle ein Konzept für eine Brücke, die eine Schlucht überquert, und begründe die Wahl der Materialien und Trägerformen.
| |
| {{o}} [[Reflexion]]: Überlege, welche Faktoren neben der reinen Tragfähigkeit noch wichtig für die Auswahl eines Trägermaterials sind.
| |
| {{o}} [[Kreatives Denken]]: Stelle dir vor, du musst eine Notunterkunft mit begrenzten Ressourcen bauen. Welche Trägerformen würdest du wählen und warum?
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| = Links =
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| {| align=center
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| {{:D-Tab}}
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| '''Stabilität und Trägerformen'''
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| {{o}} [[Doppel-T-Träger|Doppel-T-Träger]]
| |
| {{o}} [[Betonträger|Beton]]
| |
| {{o}} [[Stahlbetonträger|Stahlbeton]]
| |
| {{o}} [[Quadratische Leiste|Quadratische Leiste]]
| |
| {{o}} [[Rechteckige Leiste|Rechteckige Leiste]]
| |
| |}
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| [[Kategorie:Architektur]]
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| [[Kategorie:Bauingenieurwesen]]
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| [[Kategorie:Statik]]
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| [[Kategorie:Materialkunde]]
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| [[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]] [[Kategorie:Technik]]
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| {{:MOOCit - Oben}}
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| = FORTSETZUNG =
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| In diesem aiMOOC befassen wir uns mit spannenden Projekten aus dem Bereich Statik und Physik, die Du leicht in der Schule oder zu Hause nachbauen kannst. Wir werden lernen, wie man einen stabilen [[Doppel-T-Träger]] herstellt und eine [[Murmelbahn]] aus Papier baut. Diese Projekte helfen Dir, grundlegende Konzepte der Statik und der [[Dynamik]] besser zu verstehen und anzuwenden. Du wirst nicht nur Theorie lernen, sondern auch praktische Erfahrungen sammeln, indem Du selbst Hand anlegst.
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| {{:BRK}}
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| = Der Doppel-T-Träger =
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| {{:BRK}}
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| == Was ist ein Doppel-T-Träger? ==
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| Ein [[Doppel-T-Träger]] ist ein Stahlträger mit einem charakteristischen I-Profil, das auch als Doppel-T bezeichnet wird. Die Form des Profils verleiht dem Träger eine hohe [[Stabilität]] bei gleichzeitiger Materialersparnis und wird deshalb häufig im Bauwesen verwendet.
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| {{:BRK}}
| |
| == Bau eines Modells eines Doppel-T-Trägers ==
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| {{o}} Bohre an zwei gegenüberliegenden Seiten des [[Trägers]] Löcher für die Gewindestangen.
| |
| {{o}} Führe die Gewindestangen ein.
| |
| {{o}} Ziehe Schutzhandschuhe an und mische die passende Menge an Beton an.
| |
| {{o}} Fülle den angemischten Beton in die Schalungen.
| |
| {{o}} Warte mindestens eine Woche, bevor du den Träger belastest.
| |
| {{o}} Führe dann einen [[Belastungstest]] der beiden Träger durch. Teste die Druckkräfte und Zugkräfte und berücksichtige bei den Zugkräften auch die Ausrichtung der Gewindestangen.
| |
| {{o}} Dokumentiere deine Ergebnisse sorgfältig.
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| {{:BRK}}
| |
| = Die Murmelbahn aus Papier =
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| {{:BRK}}
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| == Was ist eine Murmelbahn? ==
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| Eine Murmelbahn ist eine Bahn, auf der Murmeln durch die [[Schwerkraft]] und eigene [[Trägheit]] entlangrollen können. Sie kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, in diesem Projekt verwenden wir Papier.
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| {{:BRK}}
| |
| == Bauanleitung für eine stabile Murmelbahn aus Papier ==
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| {{o}} Pro Gruppe Papierstreifen aus 20–30 Bögen DIN-A4-Papier (mit Schneidemaschine längs geteilt) vorbereiten.
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| {{o}} 1–2 Rollen Klebestreifen, Scheren, Stoppuhr (oder Handy) bereithalten.
| |
| {{o}} Jede Gruppe entwirft und baut eine Murmelbahn aus den vorbereiteten Papierstreifen.
| |
| {{o}} Achte darauf, dass die Murmelbahn stabil ist und auch transportiert werden kann.
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| {{:BRK}}
| |
| == Auswertung ==
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| {{o}} Starte die Murmel mit einer Stoppuhr in jeder Hand.
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| {{o}} Notiere die Zeit, die die Murmel benötigt, um die Bahn zu durchlaufen, auf einem Datenblatt.
| |
| {{o}} Achte darauf, dass alle Teams unter den gleichen Voraussetzungen arbeiten.
| |
| {{o}} Die Gruppe, deren Murmel am längsten rollt, gewinnt.
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| {{:BRK}}
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| = Interaktive Aufgaben =
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| {{:BRK}}
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| == Quiz: Teste Dein Wissen ==
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| {{:Multiple-Choice Anfang}}
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| '''Wie lange muss der Beton im Doppel-T-Träger mindestens aushärten?'''
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| (Eine Woche)
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| (!Einen Tag)
| |
| (!Drei Tage)
| |
| (!Zwei Wochen)
| |
|
| |
| '''Aus wie vielen Bögen DIN-A4-Papier bestehen die Papierstreifen für die Murmelbahn im Allgemeinen?'''
| |
| (20–30 Bögen)
| |
| (!5–10 Bögen)
| |
| (!40–50 Bögen)
| |
| (!60–70 Bögen)
| |
|
| |
| '''Was ist beim Testen der Zugkräfte des Doppel-T-Trägers zu berücksichtigen?'''
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| (Die Ausrichtung der Gewindestangen)
| |
| (!Die Farbe des Betons)
| |
| (!Die Länge der Schalung)
| |
| (!Die Marke des Betons)
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| |
| '''Welches Werkzeug benötigst Du nicht für den Bau einer Murmelbahn?'''
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| (Eine Schneidemaschine)
| |
| (!Klebestreifen)
| |
| (!Scheren)
| |
| (!Stoppuhr)
| |
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| |
| '''Was versteht man unter einem Belastungstest?'''
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| (Das Testen der Tragfähigkeit eines Materials)
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| (!Das Wiegen des Trägers)
| |
| (!Das Messen der Temperatur des Betons)
| |
| (!Das Prüfen der Farbe des Trägers)
| |
|
| |
| '''Warum werden Doppel-T-Träger im Bauwesen verwendet?'''
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| (Wegen ihrer hohen Stabilität bei Materialersparnis)
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| (!Weil sie günstig sind)
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| (!Aufgrund ihres geringen Gewichts)
| |
| (!Da sie einfach herzustellen sind)
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| |
| '''Was ist die Hauptantriebskraft einer Murmel auf einer Murmelbahn?'''
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| (Die Schwerkraft)
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| (!Der Wind)
| |
| (!Ein Motor)
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| (!Die Elastizität des Papiers)
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| '''Was ist ein entscheidender Faktor für den Erfolg einer Murmelbahn?'''
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| (Die Stabilität)
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| (!Die Farbe des Papiers)
| |
| (!Die Größe der Murmel)
| |
| (!Die Anzahl der Kurven)
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| '''Wie sollte die Murmelbahn gestaltet sein, damit sie transportiert werden kann?'''
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| (Sie muss stabil sein)
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| (!Sie muss leicht sein)
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| (!Sie sollte bunt dekoriert sein)
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| (!Sie muss aus einem Stück bestehen)
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| '''Welches Sicherheitsutensil sollte man beim Anmischen von Beton verwenden?'''
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| (Schutzhandschuhe)
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| (!Schutzbrille)
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| (!Gehörschutz)
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| (!Atemschutzmaske)
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| {{:Multiple-Choice Ende}}
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| <br>
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| {{:BRK}}
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| == Memory ==
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| <div class="memo-quiz">
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| {|
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| |-
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| | Doppel-T-Träger || Hohe Stabilität
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| |-
| |
| | Schwerkraft || Antriebskraft der Murmel
| |
| |-
| |
| | Belastungstest || Tragfähigkeit prüfen
| |
| |-
| |
| | DIN-A4-Papier || Murmelbahnbau
| |
| |-
| |
| | Schutzhandschuhe || Betonmischung
| |
| |}
| |
| {{:Memo Ende}}
| |
| <br>
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| {{:BRK}}
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| == Kreuzworträtsel ==
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|
| |
| <div class="kreuzwort-quiz">
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| {|
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| |-
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| | Stabilität || Eigenschaft, die ein Doppel-T-Träger besonders auszeichnet
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| |-
| |
| | Trägheit || Bewegungszustand der Murmel auf der Bahn
| |
| |-
| |
| | Schalung || Form, in die Beton für den Doppel-T-Träger gegossen wird
| |
| |-
| |
| | Klebestreifen || Wird verwendet, um Papierbahnen der Murmelbahn zu verbinden
| |
| |-
| |
| | Beton || Material, das für den Doppel-T-Träger gemischt wird
| |
| |-
| |
| | Schwerkraft || Hauptantriebskraft einer Murmelbahn
| |
| |-
| |
| | Dynamik || Lehre von den Kräften, die auf bewegte Objekte wirken
| |
| |-
| |
| | Statik || Lehre von den Kräften im Gleichgewicht
| |
| |}
| |
| {{:Kreuzwort Ende}}
| |
| <br>
| |
| == LearningApps ==
| |
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| <iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Stabilitätsprojekte+im+Bauwesen </iframe>
| |
| == Lückentext ==
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| <quiz display=simple>
| |
| {'''Vervollständige den Text.'''<br>
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| |type="{}"}
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| Der {{ Doppel-T-Träger }} ist besonders stabil und wird häufig im Bauwesen verwendet. Für eine {{ Murmelbahn }} aus Papier benötigt man etwa 20–30 Bögen {{ DIN-A4-Papier }}. Bei der Herstellung eines Trägers wird Beton in eine {{ Schalung }} gegossen und muss mindestens eine Woche aushärten. Wichtig bei der Konstruktion einer Murmelbahn ist, dass sie {{ stabil }} ist und von einem Ort zum anderen {{ transportiert }} werden kann.
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| </quiz>
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| {{:BRK}}
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| {{:BRK}}
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| = Lernkontrolle =
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| {{:BRK}}
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| {{o}} Entwerfe ein Experiment, um zu demonstrieren, wie die Form eines Trägers seine Tragfähigkeit beeinflusst.
| |
| {{o}} Erkläre, warum eine Murmelbahn, die aus Papier gebaut wurde, stabil genug sein kann, um die Murmel zu tragen.
| |
| {{o}} Diskutiere, wie die Prinzipien der Statik und Dynamik in der Konstruktion von Brücken angewendet werden.
| |
| {{o}} Vergleiche die Vorteile von Doppel-T-Trägern mit anderen Trägerarten hinsichtlich Kosten und Materialaufwand.
| |
| {{o}} Beschreibe, wie man das Konzept der Murmelbahn auf größere Verkehrssysteme wie Achterbahnen übertragen könnte.
| |
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| |
| <br>
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| <br>
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| = Offene Aufgaben =
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| === Leicht ===
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| {{o}} [[Experiment]]: Bau ein Modell eines Doppel-T-Trägers aus Karton und belaste es schrittweise. Dokumentiere die Verformung und den Punkt, an dem der Träger nachgibt.
| |
| {{o}} [[Materialkunde]]: Recherchiere, welche Materialien in der Bauindustrie neben Beton und Stahlbeton verwendet werden und warum.
| |
| {{o}} [[Design]]: Entwerfe ein einfaches Brückenmodell, das nur mit quadratischen und rechteckigen Leisten arbeitet.
| |
| {{o}} Recherche: Suche nach weiteren Anwendungsfeldern für Doppel-T-Träger im Bauwesen.
| |
| {{o}} Kreativität: Entwirf eine eigene Murmelbahn mit einem einzigartigen Element, wie einer Sprungschanze oder Looping.
| |
| {{o}} Beobachtung: Beobachte, wie unterschiedliche Murmelgrößen und -gewichte die Geschwindigkeit auf der Murmelbahn beeinflussen.
| |
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| |
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| === Standard ===
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| {{o}} [[Analyse]]: Vergleiche die Lastverteilung von quadratischen und rechteckigen Leisten in einer selbstgebauten Struktur.
| |
| {{o}} [[Kreativität]]: Erstelle ein Poster, das die Vorteile von Stahlbeton im Vergleich zu normalem Beton illustriert.
| |
| {{o}} [[Recherche]]: Finde heraus, welche historischen Gebäude mit Doppel-T-Trägern gebaut wurden und wie sie konstruiert sind.
| |
| {{o}} Experiment: Baue zwei Doppel-T-Träger und belaste sie unterschiedlich. Dokumentiere die Ergebnisse.
| |
| {{o}} Analyse: Vergleiche die Stabilität verschiedener Papiersorten für den Murmelbahnbau.
| |
| {{o}} Anwendung: Entwickle eine Methode, um die Stabilität der Murmelbahn quantitativ zu messen.
| |
|
| |
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| === Schwer ===
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| {{o}} [[Forschung]]: Entwickle ein Experiment, um die Tragfähigkeit verschiedener Trägerformen bei gleicher Materialstärke zu testen.
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| {{o}} [[Ingenieurwissenschaften]]: Erstelle eine Präsentation über die Evolution von Trägerformen und Materialien im Bauwesen durch die Jahrhunderte.
| |
| {{o}} [[Projektarbeit]]: Baue ein großes Modell einer Brücke oder eines anderen Tragwerks und führe Belastungstests durch.
| |
| {{o}} Synthese: Entwirf und konstruiere ein Modell eines Bauwerks, das Doppel-T-Träger verwendet.
| |
| {{o}} Evaluation: Bewerte die Effizienz von verschiedenen Murmelbahn-Designs hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und des Materialverbrauchs.
| |
| {{o}} Innovation: Entwickle eine umweltfreundliche Alternative zum Beton für die Herstellung von Doppel-T-Trägern.
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| |
| {{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}
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| = OERs zum Thema =
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| <iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Baustatik </iframe>
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| <iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Doppel-T-Träger </iframe>
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| <iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Murmelbahn </iframe>
| |
| <br>
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| = Links =
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| {| align=center
| |
| {{:D-Tab}}
| |
| '''Physikalische Projekte'''
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| {{o}} [[Statik und Dynamik|Statik und Dynamik]]
| |
| {{o}} [[Trägerkonstruktionen|Trägerkonstruktionen]]
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| {{o}} [[Materialkunde|Materialkunde]]
| |
| {{o}} [[Experimente im Physikunterricht|Experimente im Physikunterricht]]
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| |}
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| [[Kategorie:Physik]]
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| [[Kategorie:Statik]]
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| [[Kategorie:Dynamik]]
| |
| [[Kategorie:AI_MOOC]]
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| = Teilen - Diskussion - Bewerten =
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| {{:Teilen - MOOCit}}
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| [[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]] [[Kategorie:Technik]]
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