Age Group: 14 - 16 yrs.

Inclined Plane

 

This is a short overview (goals, exercises) about combining the topic of the inclined plane with the practice of cycling.

Goal(s):

  • Students discuss how steepness affects the efficiency of cycling (OR)
  • Students explain and apply different gear settings depending on the steepness of the slope

Exercises:

  • trying out different gear combinations while cycling
    •  … on a horizontal plane
    •  …up a hill (at different angles)
  • comparing travel distance per pedal cycle for different settings
  • runners vs. cyclists on a steep slope –> who is faster – and why?
  • Extra: Looking at the forces applying to the bicycle

Link to image: Inclined-Plane-Overview

Link to other lesson sketches: Cycling Topic Collection

 

Golden Rule of Mechanics

 

This is a short overview (goals, exercises) about combining the topic of the Golden Rule of Mechanics with the practice of cycling.

Goal:

  • Students describe the rule in words (F1⋅s1 = F2⋅s2) and use it to evaluate different routes.

Exercises:

  • cycle up hills on different sides with different steepnesses
  • comparing pictures of different routes across a mountain path, discussing options
  • use different gears or tires of different sizes

Link to image: Cycling-Golden-Rule-Overview

Link to other lesson sketches: Cycling Topic Collection

 

STEM Cycling – Topic Overview TU-BS

 

Here you can find an overview of several short lesson ideas concerning the combination of STEM topics (physics, biology) and the sport of cycling in a school context.

PDF Document: Cycling Overview PDF

PowerPoint: Cycling Overview PPT

Links to the individual pages:

Friction & Cycling

Golden Rule of Mechanics

Inclined Plane

Gears & Levers

Spinning Top / Torque

Energy Conversion & Momentum

Posture / Safety

Cardiovascular System & performance

 

Propulsion and speed in the water

Propulsion and speed | dolphin kicks.

Questions:

  • What swimming techniques can people use to swim as fast as possible?
  • What tools can help with swimming fast?

 

Content taught:

  • A leg stroke inspired by the dolphin has become established in competition because it allows faster propulsion than pure crawl swimming („dolphin kicks“).
  • The dolphin kick works both in prone and lateral position. But be careful: in side position, untrained swimmers quickly swim in circles.
  • An effective means of increasing propulsion is to increase the surface area used to generate propulsion, e.g. by using fins.

 

(((Deutsche Version)))

Propulsion and resistance in water

Propulsion and resistance | gliding tests

Questions:

  • How can water resistance be reduced during gliding?
  • What is the most streamlined position?

Content taught:

  • Optimizing posture in the water:
    • Arms stretched,
    • hands on top of each other,
    • elbows as straight as possible,
    • head resting on the arms from the front,
    • spine stretched (shoulder mobility is important),
    • torso tense,
    • legs stretched and closed.

 

(((Deutsche Version)))

Hydrostatic pressure and buoyancy under water

Hydrostatic pressure and buoyancy | balloon under water

Questions:

  • Can you inflate a balloon under water?
  • What happens to the inflated balloon when it is pushed deep under water?
  • What happens analogously to organs, e.g. the eardrum and the (air-filled) lungs?

Content taught:

  • Inflating a balloon is also possible underwater. But: The hydrostatic pressure, i.e. the pressure that the water exerts on the balloon, makes inflation more difficult.
  • If you push an already inflated balloon underwater, the volume of the balloon shrinks with increasing depth and the buoyancy decreases.
  • Organs are also compressed analogously to the balloon with increasing water depth.

 

(((Deutsche Version)))

Buoyancy & density

Buoyancy and density | Starfish

Questions:

  • What happens when you lie (inhaled) on the water in a prone position?
  • What happens when one takes a parcel shape?
  • What happens when one exhales?

Taught content:

  • Depending on the distribution of body (mass) center and volume center in the body, the legs sink towards the bottom or remain in the horizontal position.
  • Individuals in whom the two points are close together have favorable conditions for swimming.

 

(((Deutsche Version)))

Auftrieb und Dichte

Auftrieb und Dichte | Seestern

Fragestellungen:

  • Was passiert, wenn man sich (eingeatmet) in Bauchlage auf das Wasser legt?
  • Was passiert, wenn man eine Päckchenform einnimmt?
  • Was passiert, wenn man ausatmet?

Vermittelte Inhalte:

  • Je nach Verteilung von Körper(massen)schwerpunkt und Volumenmittelpunkt im Körper sinken die Beine in Richtung Grund ab oder bleiben in der horizontalen Position.
  • Personen, bei denen die beiden Punkte nahe beieinander liegen, bringen günstige Voraussetzungen für das Schwimmen mit.

 

(((English Version)))

Hydrostatischer Druck und Auftrieb unter Wasser

Hydrostatischer Druck und Auftrieb | Luftballon unter Wasser

Fragestellungen:

  • Kann man einen Luftballon unter Wasser aufblasen?
  • Was passiert mit dem aufgeblasenen Luftballon, wenn man ihn tief unter Wasser drückt?
  • Was passiert analog mit Organen, z.B. dem Trommelfell und den (mit Luft gefüllten) Lungen?

Vermittelte Inhalte:

  • Das Aufblasen eines Luftballons ist auch unter Wasser möglich. Aber: Der hydrostatische Druck, also der Druck, den das Wasser auf den Luftballon ausübt, erschwert das Aufblasen.
  • Wenn man einen bereits aufgeblasenen Luftballon unter Wasser drückt, dann schrumpft das Volumen des Luftballons mit zunehmender Tiefe und der Auftrieb wird geringer.
  • Organe werden analog zum Ballon mit zunehmender Wassertiefe ebenfalls zusammengedrückt.

 

(((English Version)))

Vortrieb und Widerstand im Wasser

Vortrieb und Widerstand | Gleitversuche

Fragestellungen:

  • Wie kann der Wasserwiderstand beim Gleiten reduziert werden?
  • Welches ist die strömungsgünstigste Position?

Vermittelte Inhalte:

  • Optimierung der Körperhaltung im Wasser:
    • Arme gestreckt,
    • Hände übereinander,
    • Ellenbogen möglichst gerade,
    • Kopf von vorne an die Arme anlegen,
    • Wirbelsäule gestreckt (Schulterbeweglichkeit ist wichtig),
    • Rumpf angespannt,
    • Beine gestreckt und geschlossen.

 

(((English Version)))

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