Comparison – Throwing vs Hitting a ball (Aero Dynamics)

 

The idea is to compare different sports types by reducing their complex physics to a few concrete variables. Namely, how far can you toss/hit a ball, depending on its own size and the length of any sort of bat? (e.g. golf club, baseball bat, racquet, … – or none, in case of throwing it yourself, like basketball, volleyball, …)

To reduce the complexity of this setup, it’s best to compare just very few sports with distinct characteristics to each other.

For example:

1) Throwing Basketball  –  2) Throwing Tennisball

3) Hitting Baseball  –  4) Hitting Golfball

To ease the comparison, this setup focuses solely on the total throwing distance, compares which of the sports does fair the best, and analyzes factors why this is.

Some Variables you might want to include:

  • Size of the ball
  • Weight of the ball
  • Size of the bat
  • Weight of the bat
  • Acceleration path (how much do you rotate your body before hitting the ball, how much distance does your arm/bat cross before hitting the ball, …)
  • The initial speed of the ball (at impact or letting go)
  • The surface of the ball (smooth, pimples, dents, fur, …)
  • Including differences in wind speed / direction

Here are some key questions, where you could either put one of them as the main focus of the whole sequence or instead use these to motivate a deeper dive along the way:

  • Why does a large ball (basketball) fly further if you throw it, a small ball further if you hit it?
  • Why does a ball fly further if the “stick” is longer?
  • What difference does the surface of a ball make? Why does a pimpled one fly further?
  • Why do things fly further if you rotate your body when hitting it? Why do you not rotate when putting it? (Golf)

 

Alternative – Focus mostly on Aero Dynamics

Instead of comparing the aspects above qualitatively, you may also want to go more in-depth into Aero Dynamics. Most of the variables stay the same, but we’d suggest focusing mostly on one sport activity (e.g. Throwing basketball *or* golf *or* …) and analyzing the results that way.

Afterward, you may also like to extend the lesson sequence by comparing the sport with the other options (like baseball and so on) and look out for differences.

Interview with professional triathlete Dominik Sowieja

Professional triathlete and engineer Dominik Sowieja gives insights in his carrer as an athlete but also working as an engineer. In this interview he answers questions from students and is an inspiration to anyone to push one’s limits to the personal boundaries and always try to improve. How technology and his curiosity for MINT subjects helped shape his career is documented in this interview.

This is the link to the video: https://www.cosinuss.com/en/videos/stem/interview-with-dominik-sowieja/

Interview with professional cyclist Gerrit Glomser

Former professional cyclist Gerrit Glomser answering questions about his career from students. He is an inspiration on how understanding MINT topics and technology help imporove personal performance. He is now the founder of the company GAIRRIT and helps athletes to perfom better using technology and biophysiological knowledge.

Link to the video: https://www.cosinuss.com/en/videos/stem/interview-with-gerrit-glomser/

Fangen und Rechnen und mehr

Reaktionsspiel, das mit allen Schulinhalten gespielt werden kann, die in zwei Gruppen unterteilt werden können. Das Originalspiel wird oft auch als „Schwarz und Weiß“ bezeichnet.

Schüler stellen sich immer paarweise ca. 1 Meter entfernt gegenüber an zwei Linien auf. Die eine Linie steht für Team Weiß, die andere für Team Schwarz. Wenn der Lehrer schwarz ruft, müssen die auf der schwarzen Linie ihren Partner von der weißen Linie fangen. Beide dürfen aber nur gerade nach hinten (von weiß aus) laufen und es muss in den ersten Metern gefangen werden (am besten eine Stopplinie vereinbaren oder zeichnen), bevor man eine Wand erreicht. Wenn weiß gerufen wird muss die weiße Seite reagieren und versuchen die schwarzen Partner zu fangen.

Dies kann nun auch mit verschiedenen MINT-Inhalten gespielt werden, wo sich die Antwort in zwei vorher festgelegte Gruppen unterteilen lässt, z.B.:

  • Gerade vs. ungerade Zahlen
  • Rechnungen (Plus, Minus, Mal, Geteilt) mit geraden oder ungeraden Zahlen als Ergebnisse
  • Primzahlen vs. nicht Primzahlen
  • Rechnungen mit Ergebnissen über oder unter 100 (z.B. 76+26, 12×9, 138-44, 99:3…)
  • Englische Wörter die ein „c“ enthalten
  • Englische Wörter die mit „A“ anfangen (Anfang – Beginning -> zweite Gruppe fängt erste. Apfel – Apple -> erste fängt zweite)
  • Fragen zum Periodensystem (z.B. Elemente mit höherer bzw. niedrigerer Dichte als xxx)
  • Reptilien vs. Amphibien

 

 

 

Schwimm Dich schlau. MINT im Wasser

(((English Version)))

Biologie und Technik trifft Bewegung: Ein Konzept zur bewegungsbasierten MINT-Förderung bei Kindern und Jugendlichen

Das didaktische Konzept richtet sich an Schüler:innen ab der 7.Klasse mit ausreichend Schwimmkenntnissen. Durch den erlebnisorientierten Lernansatz soll die Motivation für MINT-Themen geweckt und ausgebaut werden – sogleich auch fürs Sport treiben.

 Lernziele:

  • Bionik kennenlernen
  • Natürliche Phänomene praxisnah erfahrbar machen
  • Spaß an Bewegung
  • Spaß an Technik
  • Theorie und Praxis spielerisch kombinieren
  • Interdisziplinäres erlebnisorientiertes Lernen (Bionik (Biologie + Technik), Physik, Sport, Technik, Biologie)

Ablauf: Bewegungsbasiertes MINT-Lernen

Nach einem kurzen gemeinsamen Warm-up zum Thema Bionik mit Praxisbeispielen für bionische Innovationen starten die Schülerteams mit der Aufgabe einen Roboterfisch mithilfe des Bionics Kits zu bauen. Dabei kommen Bauteile wie Servomotoren, Kunststoffteile und Kabelbinder zum Einsatz und am Ende können die SuS (Schüler:innen) den Roboterfisch über ihr eigenes Endgerät steuern. Dabei haben sie mithilfe von 3D Animationen und einem interaktiven Lernposter noch mehr Hintergrundwissen und eine virtuelle Aufbauanleitung kennengelernt. Anschließend wird der schnellste Roboterfisch im Schwimmbecken getestet. Nach dem Technik-Input geht es mit den Experimenten im Wasser weiter. Insgesamt fünf Stationen werden von SuS durchlaufen. Am Ende folgt eine Team-Challenge, bei der pro Gruppe ein Floß aus Utensilien wie Poolnudeln gebaut wurde, mit dem ein Teammitglied von Beckenrand zu Beckenrand transportiert werden soll.

Zusammenbau Bionic Fish mit dem Baukasten und den interaktiven Lernposter

Lehrplanbezüge:

Referenz:

Robotik- und Schwimm-Veranstaltung für Schüler:innen anlässlich des Girls‘ & Boys‘ Day 2022 im Olympiaschwimmbad München mit 20 SuS (5 Teams)

Rahmenbedingungen:

  • Dauer: ca. 3h
  • Räumlichkeiten: Raum für ca. 20 SuS für den Zusammenbau des Roboterfisches, Schwimmbecken
  • Teilnehmeranzahl: ca. 20 SuS (Mädchen und Jungen)
  • Vorkenntnisse: Schwimmkenntnisse notwendig
  • Equipment: 5 Bionics Kits, 1 Lernposter, Workshop-Material
  • Betreuer: ca. 2 Betreuer werden benötigt

Modul Pulsmessungen beim Sport

 

Ziel ist es, dass die Schüler verschiedene Begriffe zur Pulsmessung und Herzfrequenz lernen und gleich anwenden. Dazu sollte die Unterrichtseinheit in einem Fitnesscenter oder LA- Anlage durchgeführt werden.  Gebraucht werden Pulsuhren und das Handout.

Stem on the move Beitrag Pulsmessung Oberstufe Sport

Spinning Top / Torque

 

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

Goal:

  • Students explain why bicycles stay stable during cycling (even during tight turns)

Exercises:

  • Trying to balance yourself while sitting on a standing bike vs. cycling on it
  • „Slow race(driving on a line/course as slow as possible)
  • Spinning  a wheel while sitting on a rotatable  chair

Link to image: Torque-Overview

Link to other lesson sketches: Cycling Topic Collection

 

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

 

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

 

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)))

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