Daniel Isak, 28.01.2013

Stundenprotokoll
im Fach Physik
Thema:
Energieerhaltungssatz
Protokollant:
Daniel Isak
Datum:
28.01.13
Raum:
PS 1
a) Versuch: Schwebependel
1. Aufbau
1
2
1
5
2
4
6
6
5
3
4
3
Beschriftung
1. Stativ
2. bifilare Aufhängung (bifilar : eine Aufhängung bestehend aus 2 Seilen um
das Drehen des Probekörpers und damit einen Messfehler zu verhindern)
3. Skala (zu Messung von h in cm)
4. Lichtschranke
5. Probekörper (m = 0,5 kg)
6. Stoppuhr
2. Durchführung
Beide Enden der bifilaren Aufhängung werden so an dem Stativ befestigt, dass
der Probekörper eine gerade Lage hat.
 Das am Stativ befestigte Schwebependel wird ausgelenkt und um die
Höhe h angehoben.
 Beim Durchschwingen der Ruhelage wird die Lichtschranke unterbrochen
und somit die Dunkelzeit t gemessen.
3. Messungen
h
t
V
Ekin
Epot
0,01
0,12
0,33
0,027
0,05
0,02
0,08
0,50
0,063
0,10
0,03
0,06
0,67
0,11
0,15
0,04
0,05
0,80
0,16
0,20
m
s
m/s
Joule
Joule
4. Auswertung
Formeln:
 V = s/ t
 Ekin = ½ m * V²
 Epot = m*g*h
5. Ergebnis
Das erwartete Ergebnis war, dass die potentielle Energie des Schwebependels
fast vollkommen in kinetische Energie umgewandelt wird, jedoch zeigt die
Messung große Unterschiede zwischen potentieller und kinetischer Energie.
6. Mögliche Fehler
Höhenmessung:
Durch eine Schräglage des Schwebependels, unterbricht nicht die Mitte des
Pendels, sondern seine Oberkante die Lichtschranke.
Die gewünschte Höhe
Die gemessene Höhe
Die Reibung ist auch ein wichtiger Störfaktor für eine korrekte Messung.
7. Korrekturmessung
h
t
V
Ekin
Epot
0,01
0,08
0,5
0,06
0,05
0,02
0,07
0,57
0,08
0,10
0,03
0,05
0,8
0,16
0,15
0,04
0,04
1
0,25
0,20
m
s
m/s
Joule
Joule
Nach einem erneuten Versuch nähern sich die Werte der kinetischen und
potentiellen Energie an und somit kommt man zum Ergebnis:
Ekin = Epot
b) Energieumwandlung beim Pendel
Epot
maximale
linke
Auslenkung
Übergangsphasen
Ekin
„Ruhelage“
hin
Epot
maximale
rechte
Auslenkung
Epot + Ekin
Ekin
„Ruhelage“
zurück
c) Satz
In einem abgeschlossenen System bleibt die Summe der Energien konstant:
Epot + Ekin = Eges = konstant
d) Anwendung
Freier Fall
Epot = m * g * h
m
Am Anfang des Falls ist die potentielle Energie
maximal und die kinetische Energie beträgt 0.
…
…
h
Epot + Ekin
…
Wenn h = ½ h dann sind die potentielle
Energie und die kinetische Energie gleich groß
und ihre Summe ist die Gesamtenergie.
…
m
Ekin = ½ m * V² ; Epot = 0
Fg
Die potentielle Energie wurde
vollständig in die kinetische Energie
umgewandelt und ist gleich der
Gesamtenergie.
Daraus folgt, dass die maximale Geschwindigkeit berechnet werden kann:
m * g * h = ½ m * V²max | *2/m
2∗m∗g∗h
m
V = √2gh
= V²
e) Übung
Aufgabe 8 der Aufgabensammlung zu Energieformen vom 14.01.2013(wurde
nicht in der protokollierten Unterrichtsstunde fertig gerechnet das Ergebnis
stammt von der Stunde des 31.01.13):
Ein Pendel der Länge l=95cm wird um 15cm angehoben und dann losgelassen.
Im tiefsten Punkt der Bahn wird der Pendelkörper(m=150g) durch eine
Rasierklinge vom Faden getrennt und fällt auf den 1,6m tiefer liegenden Boden.
b) Welche Geschwindigkeit (insgesamt und horizontal) besitzt er beim
Auftreffen auf dem Boden?
Gegeben:
h = 0,15 m; m = 0,15 kg; h2 = 1,6 m
Gesucht:
Vp : V parallel; Vs : V senkrecht;
Lösung:
Vp = √2𝑔ℎ = √2 ∗
√10 𝑚
𝑠
∗ √0,15 = √3 ≈ 1,73 m/s
Vs = √2𝑔ℎ2 = 5, 66 m/s
Vp
Vges = Vp2 + Vs2
=5, 92 m/s
Vs
Vges
Anwendung des
Satzes des
Pythagoras
Vp
Skizze zur Aufgabe:
Vp
h
Vs
h2
Vges