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Schüler-/Studeeteeblatt Gedruckt:30.03.201714:47:35|P1198505 GeradlieiggleichförmigeBeweguegmitder RolleefahrbaheuedZeitmessgerät4–4(Artikeler.:P1198505) CurriculareThemeezuordeueg Fachgebiet: Physik Bilduegsstufe: Klasse7-10 Lehrnlaethema: Mechanik Ueterthema: Lineare.ewegung Exnerimeet: Schwierigkeitsgrad torbereituegszeit Durchführuegszeit emnfohleeeGrunneegröße Mittel 20Minuten 10Minuten 2Schüler/Studenten Zusätzlichwirdbeeötigt: tersuchsvariaetee: Schlagwörter: KonstanteGeschwindigkeit,reibungsfreie.ewegung,Weg-Zeit-Gesetz Eieführueg Eieleitueg EinRollwagenwirdwiederholtdurcheinemechanischeStartvorrichtungaufeinekonstanteGeschwindigkeitbeschleunigt.In verschiedenenAbständenwirddiezugehörigeFahrzeitdesWagensbestimmtundanschließenddie Durchschnittsgeschwindigkeitermittelt. Lereziel FührteinKörpereinegleichförmige.ewegungdurch,erhöhtsichdiezurückgelegteStreckelinearzuderverstrichenenZeit. SeineGeschwindigkeitistdabeinachdemWeg-Zeit-Gesetzkonstant: terwaedteThemee VersuchP1199105„DasTrägheitsgesetz(1.NewtonschesAxiom)“zeigt,dasseinKörpermitkonstanterGeschwindigkeitohne denEinflusseineräußerenKrafteinegeradliniggleichförmige.ewegungbeibehält. Robert-.osch-.reite10 37079Göttingen Tel:0551604-0 Fax:0551604-107 [email protected] www.phywe.de Schüler-/Studeeteeblatt Gedruckt:30.03.201714:47:35|P1198505 Abbildung1:Versuchsaufbau Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Zeitmessgerät4-4 13604-99 1 2 StartvorrichtungfürRollenfahrbahn 11309-00 1 3 Rollenfahrbahn,Aluminium,l=1,5m 11305-00 1 4 Messwagen,saphirgelagert 11306-00 1 5 Gabellichtschrankecompact 11207-20 4 6 EndhalterfürRollenfahrbahn 11305-12 1 7 HaltemagnetmitStecker 11202-14 1 8 .lendefürMesswagenDemo-Rollenfahrbahnb=100mm 11308-00 1 9 NadelmitStecker 11202-06 1 10 RöhrchenmitStecker 11202-05 1 11 HalterfürLichtschranke 11307-00 4 12 Verbindungsleitung,32A,1000mm,gelb 07363-02 5 13 Verbindungsleitung,32A,1000mm,rot 07363-01 4 14 Verbindungsleitung,32A,1000mm,blau 07363-04 5 15 Plastilina,10Stangen 03935-03 1 Gewicht(400g)fürMesswagen 11306-10 1 Schlitzgewicht,schwarzlackiert,10g 02205-01 4 Schlitzgewicht,schwarzlackiert,50g 02206-01 2 Optional: Aufgabee 1. .estimmungderWeg-Zeit-AbhängigkeitausmehrerenMesszeitennachverschiedenenzurückgelegtenStrecken. 2. .estimmungundVergleichderermitteltenDurchschnittsgeschwindigkeiten. AufbauuedDurchführueg Aufbau DerAufbauerfolgtgemäßAbbildung1: 1. UmgeringeReibungseffektezukompensieren,istdieFahrbahnüberdieStellschraubenandenFüßenetwasschrägzu stellen,sodassderMesswagengeradenochnichtnachrechtszurollenbeginnt. 2. AndemlinkenEndeder.ahnisteineStartvorrichtunganzubringen..eachtenSie,dasszumStartdesWagensmit Robert-.osch-.reite10 37079Göttingen Tel:0551604-0 Fax:0551604-107 [email protected] www.phywe.de Schüler-/Studeeteeblatt Gedruckt:30.03.201714:47:35|P1198505 AnfangsimpulsdieStartvorrichtungsomontiertwerdenmuss,dassderWagenvondemStempeleinenKraftstoßerhält (Abb.2). Abb.2:StartvorrichtungfürStoß 3. AndenEndhalteramrechtenEndeder.ahnwirdeinmitPlastilinagefülltesRöhrchengesteckt,umdenWagenohne hartenStoßabzubremsen(Abb.3). Abb.3:EndhaltermitPlastilina 4. DerMesswagenwirdmitdemHaltemagnetenmitStecker,einerNadelmitSteckersowieder.lendefürMesswagen(b= 100mm)bestückt(sieheAbb.2und4). Abb.4:FrontdesMesswagens 5. DieMassedesWagenskannmittelsderGewichtevariiertwerden. 6. DievierGabellichtschrankenwerdenmitdenLichtschrankenhalternanderFahrbahnmontiert(Abb.5).DieAbständesind dabeifreiwählbar,siesolltenjedochüberdiegesamteFahrbahnverteiltwerden. Robert-.osch-.reite10 37079Göttingen Tel:0551604-0 Fax:0551604-107 [email protected] www.phywe.de Schüler-/Studeeteeblatt Gedruckt:30.03.201714:47:35|P1198505 Abb.5:AnbringungderLichtschrankenander Rollenfahrbahn 7. DievierGabellichtschrankenwerdenvonlinksnachrechtsderReihenachmitden.uchsenindenFeldern„1“bis„4“des ZeitmessgeräteswieinAbb.6verbunden.Dabeiwerdendiegelben.uchsenderLichtschrankenmitdengelben.uchsen desMessgerätesverbunden,dierotenmitdenrotenunddieblauen.uchsenderLichtschrankenmitdenweißen.uchsen desZeitmessgerätes. Abb.6:AnschließenvonLichtschrankenund Startvorrichtung 8. DieStartvorrichtungistmitdenbeidenAnschlussbuchsen„Start“desZeitmessgeräteszuverbinden.Dabeiistauf korrektePolaritätzuachten.Dierote.uchsederStartvorrichtungwirdmitdergelben.uchsedesZeitmessgerätes verbunden. 9. DiebeidenSchiebeschalteramZeitmessgerätwerdenzurWahlderTriggerflankeindierechtePosition„fallendeFlanke“( )gebracht. Robert-.osch-.reite10 37079Göttingen Tel:0551604-0 Fax:0551604-107 [email protected] www.phywe.de Schüler-/Studeeteeblatt Gedruckt:30.03.201714:47:35|P1198505 Durchführueg 1. DieAbstände derLichtschrankenzuderStartpositiondesWagenswerdengemessen.Dabeiistzubeachten, dassdieLichtschrankenerstdurchdieVorderkantederamWagenmontierten.lendeunterbrochenwerden.Füreine exakte.estimmungderAbständekannwiefolgtvorgegangenwerden: DenWageninStartpositionbringenunddenWert( )aufdemMaßbandamrechtenEndedesWagensablesen. DenWagenineinePositionbringen,beiderdasrechteEndeder.lendegeradedenLichtstrahlder GabellichtschrankeiunterbrichtunddenWert( )aufdemMaßbandamrechtenWagenendeablesen(sieheAbb. 7). Abb.7:UnterbrechungeinerLichtschrankedurch die.lende istdieStrecke,welchederWagenvomStartbiszurentsprechendenLichtschrankezurückgelegt hat. 2. DerMesswagenerhältvondemStartereinenKraftstoßundbewegtsichmiteinerkonstantenGeschwindigkeitfort. 3. EssinddieZeiten ,welchezumZurücklegenderStrecken Lichtschrankebenötigtwerden,inModus2( )zubestimmen. vonderStartpositionbiszurjeweiligen 4. DieMesszeitenwerdenfürbiszufünfWiederholungenaufgenommen.VorjederDurchführungistdieTaste„Reset“zum ZurücksetzenderAnzeigenzubetätigen. 5. UmeinegrößereAnzahlanMesspunktenzuerhalten,bestehtnundieMöglichkeit,dieLichtschrankenneuzupositionieren undeineweitereMessreihewieobenbeschriebendurchzuführen. BeobachtueguedErgebeis Beobachtueg Beobachtueg DerWagendurchläuftdieLichtschrankenungebremstunderreichtdenEndhaltermitderselbenGeschwindigkeit,dieerbeim Starthatte.Esistzubeobachten,dassdieDifferenzenderLaufzeiten proportionalzudenAbständensiderLichtschranken sind. Robert-.osch-.reite10 37079Göttingen Tel:0551604-0 Fax:0551604-107 [email protected] www.phywe.de Schüler-/Studeeteeblatt Gedruckt:30.03.201714:47:35|P1198505 Auswertueg 1. AusdenjefünfMessungenvon sinddieMittelwerte 2. FürjedeStreckewirdüber zuermitteln. dieDurchschnittsgeschwindigkeitbestimmtundineineTabelle eingetragen(sieheTabelle1).Eszeigtsich,dassdieDurchschnittsgeschwindigkeitenfürbeliebigeFahrstreckenim RahmenderMessgenauigkeitkonstantsind. Tabelle1:Messbeispiel.WagenmassemW=900g inm ins ins ins ins ins ins inm/s 0,228 0,549 0,543 0,569 0,551 0,561 0,555 0,41 0,528 1,323 1,308 1,370 1,328 1,358 1,337 0,39 0,828 2,101 2,079 2,177 2,110 2,169 2,127 0,39 1,128 2,893 2,863 2,863 3,000 2,908 3,004 0,38 Aemerkueg DerVersuchlässtsichschnellerdurchführen,indemstattderFahrzeitdesWagensdieZeitbestimmtwird,diedie.lende benötigt,umanderjeweiligenLichtschrankevorbeizufahren.DafürbetreibtmandasZeitmessgerätinModus1( ).Ein VergleichderMesszeitenzeigt,dassderWagenunabhängigvonderPositionderLichtschrankenfürdieDurchfahrtimmer dieselbeZeitbenötigt,sichalsomitkonstanterGeschwindigkeitbewegt. Robert-.osch-.reite10 37079Göttingen Tel:0551604-0 Fax:0551604-107 [email protected] www.phywe.de
