Verschiedene Wege, die Erdbeschleunigung g zu bestimmen

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18. Die Erdbeschleunigung g
1 von 22
Verschiedene Wege, die Erdbeschleunigung g zu bestimmen
II/A
Patrik Vogt, Essingen
Für die Kinematik und Dynamik stellt die
Erdbeschleunigung eine der wichtigsten
Naturkonstanten dar. In dem Stationenzirkel geht es um die experimentelle Bestimmung dieser Konstanten. Der Beitrag
beinhaltet viele Versuchsanleitungen, so
z. B. zur schiefen Ebene, zur Untersuchung
des freien Falls mittels Videoanalyse, zu
verschiedenen akustischen Varianten, zu
Pendelexperimenten
wie
auch
zur
Atwood’schen Fallmaschine.
Foto: P. Vogt
T
H
C
I
S
N
A
R
O
V
Akustische Messungen mit springenden Bällen
Für die beschriebenen Versuche
benötigen Sie lediglich Standardmaterialien, welche üblicherweise
in der Physiksammlung vorhanden sind.
Der Beitrag im Überblick
Klasse:
11
Inhalt:
Dauer:
4–5 Stunden
• Videoanalyse des freien Falls
Ihr Plus:
Insbesondere werden Kompetenzen
aus dem Bereich „Fachmethoden“
gefestigt und weiter ausgebaut (vgl.
Einheitliche Prüfungsanforderungen in
der Abiturprüfung, Kompetenzbereich
„Fachmethoden“).
• Verzögerter Fall (schiefe Ebene,
Atwood’sche Fallmaschine)
• Pendelversuche (Faden- und Federpendel, Pendel nach Whiting)
• Akustische Messungen (Fallzeitbestimmung, Dopplereffekt, springende
Bälle)
34 RAAbits Physik Februar 2014
18. Die Erdbeschleunigung g
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Fachliche und didaktisch-methodische Hinweise
II/A
Grundlagen
Der fachliche Hintergrund der Materialien ist Standardstoff der Sekundarstufe II:
Weg-Zeit-Gesetz:
s(t) =
1 2
g t + v 0 t + s0
2
Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz:
v(t) = gt + v 0
Hangabtriebskraft an der schiefen Ebene: FH = FG ⋅ sin(α) = m ⋅ g ⋅ sin(α)
Atwood’sche Fallmaschine
Periodendauer bei einem mathematischen Pendel: T = 2π
Periodendauer bei einem Federpendel: T = 2π
l
g
m
D
Näherungsformel für die Dopplerverschiebung: ∆f ≈ f0
v
c
T
H
C
Senkrechter Wurf, z. B. Steig- bzw. Fallzeit beim senkrechten Wurf nach oben: tH =
v0
g
I
S
N
Der Schwerpunkt des Stationenzirkels liegt auf der Entwicklung experimenteller Kompetenz bzw. dem Experimentieren als wesentlicher Fachmethode physikalischer Forschung,
nicht auf dem physikalischen Inhalt „Erdbeschleunigung“. Dieses Thema bietet sich zu
diesem Zweck jedoch geradezu an, da es sich um im Lehrplan vorgesehenen Stoff der
Sekundarstufe II handelt – Unterrichtsstoff also, der ohnehin erarbeitet werden muss –
und es zahlreiche experimentelle Vorgehensweisen ermöglicht. Diese können dann im
weiteren Verlauf des Oberstufenunterrichts bei der experimentellen Erarbeitung anderer
Themen genutzt und weiter ausgebaut werden. Das sind z. B.
A
R
O
V
• die Verwendung der Videoanalyse (ein experimentelles Tool, mit dem die gesamte
klassische Mechanik experimentell abgedeckt werden kann),
• computergestützte Experimente im Allgemeinen und die akustische Messwerterfassung im Besonderen,
• die Verwendung mobiler Endgeräte (Tablet PCs, Smartphones) als Experimentiermittel,
• die bewusste Verlangsamung von Bewegungsvorgängen sowie
• die Untersuchung von Schwingungsvorgängen.
Hinweise zur Gestaltung des Unterrichts
Aufbau der Einheit und Zeitbedarf
Die Materialien können Sie auf zwei verschiedene Arten im Unterricht einsetzen:
a) in Form eines Stationenzirkels im Zuge des Themas „Erdbeschleunigung“, i. d. R. zu
Beginn des 11. Schuljahres;
b) punktuell an geeigneten Stellen des Lehrgangs (z. B. M 3 bei der Behandlung des freien
Falls, M 4 bei der Besprechung der schiefen Ebene und M 10 bei der Thematisierung
des akustischen Dopplereffekts).
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18. Die Erdbeschleunigung g
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Materialübersicht
II/A
· V = Vorbereitungszeit;
SV = Schülerversuch;
· D = Durchführungszeit;
Fo = Folie
M1
Fo
Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt
Einführung in den Stationenzirkel
· D: 15 min
M2
Ab
Die „g-Bestimmung“ – Laufzettel zum Stationenzirkel
M3
SV
Der freie Fall mit Videoanalyse
· V: 5 min
· D: 20 min
Digitalkamera
Kugel/Springball
leistungsstarker Halogenstrahler
(z.B. Baulampe)
SV
Der verzögerte Fall an der schiefen Ebene
· V: 5 min
· D: 20 min
Schiefe Ebene
Stativmaterial
Stahlkugel
SV
Der verzögerte Fall bei der Atwood’schen Fallmaschine
· V: 5 min
· D: 25 min
Feste Rolle
Stativmaterial
Faden
Stoppuhr
SV
Das mathematische Pendel – Pendelversuch 1
· V: 5 min
· D: 15 min
Faden
Aufhängung
Stativmaterial
SV
Das Federpendel – Pendelversuch 2
· V: 5 min
· D: 20 min
Feder
Aufhängung
Stativmaterial
SV
Das Pendel nach Whiting – Pendelversuch 3
· V: 5 min
Schiefe Ebene
Stativmaterial
Faden
Feuerzeug
Reißzwecke
M4
M5
M6
M7
M9
M 10
M 11
· D: 20 min
Stoppuhr
Zollstock
T
H
C
Maßstab mit Zeiger
Satz Massestücke
Büroklammern
Waage
I
S
N
A
R
O
V
M8
Maßstab
Videoanalysesoftware
(z. B. Viana.NET)
Stoppuhr
Zollstock
Stoppuhr
Satz Massestücke
Maßstab mit Zeiger
Stoppuhr
Papier
Kohlepapier
Zollstock
SV
Die Bestimmung der Fallzeit – akustische Messung 1
· V: 5 min
· D: 15 min
2 Stahlkugeln
Laptop + Mikrofon, alternativ
Tablet PC oder Smartphone
SV
Der Dopplereffekt – akustische Messung 2
· V: 5 min
· D: 25 min
Handy mit mp3-File eines Tons
konstanter Frequenz; alternativ
Smartphone mit Tongenerator
weiche Unterlage
SV
Springende Bälle – akustische Messung 3
· V: 5 min
Laptop mit der Software Audacity, alternativ iPad/iPod
touch/iPhone mit der App
„Oscilloscope“
· D: 20 min
Zollstock
Audacity oder vergleichbare
Software
PC mit externem Mikrofon
Software SPEAR
Software Audacity
Springball
Zollstock
Die Erläuterungen und Beispielmessungen zu den Materialien finden Sie ab Seite 17.
34 RAAbits Physik Februar 2014
VOR
Einführung in den Stationenzirkel
M9 Bestimmung
der Fallzeit
M10 Dopplereffekt
A: Freier Fall mit
Videoanalyse (M3)
D: Akustische Messungen
M11 Springende Bälle
18. Die Erdbeschleunigung g
M1
M6 Mathematisches
Pendel
M7 Federpendel
ANS
Experimentelle
Bestimmung der
Erdbeschleunigung
M4 Schiefe Ebene
B: Verzögerter Fall
C: Pendelversuche
M8 Pendel nach
Whiting
•
•
•
•
MindestensfünfExperimente
ZujedemExperimenteinVersuchsprotokoll pro Gruppe
AlleBereiche(A-D)müssenabgedecktsein.
Maximal4PersonenproGruppe
Zeitansatz
4–5 Unterrichtsstunden
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II/A
T
ICH
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Zielvorgabe
M5 Atwood’sche
Fallmaschine
18. Die Erdbeschleunigung g
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M2
M9 Bestimmung
der Fallzeit
M10 Dopplereffekt
A: Freier Fall mit
Videoanalyse (M3)
D: Akustische Messungen
M11 Springende Bälle
Experimentelle
Bestimmung der
Erdbeschleunigung
M6 Mathematisches
Pendel
M4 Schiefe Ebene
B: Verzögerter Fall
C: Pendelversuche
M7 Federpendel
M8 Pendel nach
Whiting
Zielvorgabe
•
•
•
•
Zeitansatz
4–5Unterrichtsstunden
M5 Atwood’sche
Fallmaschine
MindestensfünfExperimente
ZujedemExperimenteinVersuchsprotokollproGruppe
AlleBereiche(A-D)müssenabgedecktsein.
Maximal4PersonenproGruppe
T
H
C
I
S
N
 abhaken, sobald erledigt
Aufbau
Titel des
Experiments
alle zur Auswertung
notwendigen Daten
erfasst
Durchführung
Beobachtung
Auswertung
Versuchsprotokoll
Versuch durchgeführt
II/A
Die „g-Bestimmung“ – Laufzettel zum Stationenzirkel
Freier Fall mit
Videoanalyse






B






C






D
























A
R
O
V
Bereich
Station
A
M3
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18. Die Erdbeschleunigung g
M3
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Der freie Fall mit Videoanalyse
Führen Sie den Versuch durch. Schreiben Sie ein Protokoll mit der Gliederung:
II/A
1. Aufbau, 2. Durchführung, 3. Beobachtung, 4. Auswertung.
Schülerversuch: Theoretischer Hintergrund
Für frei fallende Körper gelten unter Vernachlässigung der Luftreibung das
1
Weg-Zeit-Gesetz:
und das
s(t) = g t2 + v 0 t + s0
2
Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz:
v(t) = gt + v 0
(s  Fallstrecke, t  Fallzeit, v  Geschwindigkeit, g  Erdbeschleunigung).
Die Bestimmung der Fallstrecke und Fallzeit ermöglicht somit eine sehr anschauliche
Möglichkeit, die Erdbeschleunigung g experimentell zu bestimmen. Allerdings stellt die
Methode eine hohe Anforderung an die Zeitmessung, weshalb meist computergestützte
Verfahren – z. B. Lichtschrankenmessungen – zum Einsatz kommen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den freien Fall mithilfe eines aufgenommenen Videos zu untersuchen.
Hierbei wird mit einer Videoanalysesoftware (z. B. Viana.NET) durch eine Einzelbildauswertung die Bewegung eines geilmten Objekts nachverfolgt. Nach dem Kalibrieren der
Versuchsanordnung (hierzu wurde im dargestellten Video ein in der Fallebene platziertes,
31 cm langes Holzlineal mitgeilmt) kann man dem Video die Orts-Zeit-Koordinaten des
Objekts entnehmen, woraus die Software selbstständig weitere kinematische Größen
errechnet.
T
H
C
I
S
N
Durchführung/Auswertung
A
R
O
• Filmen Sie den freien Fall einer
Stahlkugel/eines Springballs.
• Achten Sie auf eine ausreichende
Beleuchtung, damit der Fallkörper
auf den Einzelbildern des Videos
scharf abgebildet wird.
V
• Filmen Sie einen Gegenstand
bekannter Größe mit, welchen Sie
in der Fallebene platzieren.
fallender
Springball
Holzlineal
Abb. 1: Screenshot der kostenfreien Videoanalysesoftware Viana.NET
Auswertung
• Übertragen Sie das Video von der Digitalkamera auf einen Computer. Öffnen Sie es in
der Software „Viana.NET“.
• Verschieben Sie die Zeitleiste des Videos bis zum Einsetzen des freien Falls und kalibrieren Sie das Video (Schaltläche „Video einmessen“).
• Nehmen Sie nun die Orts-Zeit-Koordinaten anhand einer manuellen Analyse auf (Schaltläche „Manuellen Modus starten“).
• Stellen Sie im Anschluss die Fallgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Zeit graisch dar;
entsprechend dem oben angeführten Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz ergibt sich näherungsweise eine Gerade, deren Steigung der Erdbeschleunigung entspricht.
• Legen Sie durch die Messwerte eine lineare Trendlinie und entnehmen Sie der Geradengleichung die Erdbeschleunigung.
34 RAAbits Physik Februar 2014
18. Die Erdbeschleunigung g
M5
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Der verzögerte Fall bei der Atwood’schen Fallmaschine
Führen Sie den Versuch durch. Schreiben Sie ein Protokoll mit der Gliederung:
II/A
1. Aufbau, 2. Durchführung, 3. Beobachtung, 4. Auswertung.
Schülerversuch: Theoretischer Hintergrund
An einem Faden, der über eine feste Rolle führt, hängt an
beiden Seiten ein Massestück der Masse m. Schubst man
eines der beiden Massestücke an, so kommt das System
infolge von Reibungskräften rasch zur Ruhe. Um dies zu
verhindern, hängt man an das angeschubste Massestück
eine zusätzliche Masse mR (Reibungsabgleich), sodass
sich das System nach dem Beschleunigen mit konstanter
Geschwindigkeit weiterbewegt. Durch Anhängen eines
weiteren Massestücks mB bewegt sich das System nach
dem Loslassen beschleunigt, und man erhält einen verzögerten freien Fall mit der Beschleunigung a.
Die beschleunigende Kraft beträgt FB = mBg und entspricht der Gewichtskraft des zusätzlichen Massestücks
mB. Da alle Massestücke mitbeschleunigt werden, beträgt
die Trägheitskraft Fa = Ma, mit M = 2m + mR + mB. Gleichsetzen liefert:
m
mR
mB
m
T
H
C
s, t
I
S
N
M a (2m + mR + mB ) a
=
.
g=
mB
mB
Abb. 3:
Versuchsaufbau
Die Beschleunigung des verzögerten Falls a kann man mit dem Weg-Zeit-Gesetz für die
1
gleichmäßig beschleunigte Bewegung s = a t2 bestimmen. Hierzu wird die Fallzeit t mit
2
einer Stoppuhr gemessen und die dazugehörige Fallstrecke s mit einem Maßstab bestimmt.
A
R
O
V
Insgesamt ergibt sich:
2Ms
g=
.
mB t2
Versuchsdurchführung
• Bauen Sie den Versuch entsprechend der Abbildung auf.
• Erhöhen Sie auf einer Seite die Masse derart, dass sich nach dem Beschleunigen des
Systems eine konstante Geschwindigkeit einstellt. Hierfür eignen sich z. B. Büroklammern, die man bei Bedarf auch halbieren kann.
• Nutzen Sie als beschleunigte Masse ein Massestück von ca. 5–10 g.
• Legen Sie eine Fallstrecke fest; Maßstäbe mit angebrachten Zeigern eignen sich besonders gut.
• Führen Sie den Versuch 10-mal durch.
Auswertung
• Berechnen Sie für alle 10 Messungen die Erdbeschleunigung g und bestimmen Sie den
Mittelwert.
• Zur Reduzierung von Messfehlern bietet es sich an, die beschleunigte Gesamtmasse M
mit einer Messung zu ermitteln (alle Massestücke und Faden gemeinsam wiegen!).
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18. Die Erdbeschleunigung g
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M6
II/A
Das mathematische Pendel – Pendelversuch 1
Führen Sie den Versuch durch. Schreiben Sie ein Protokoll mit der Gliederung:
1. Aufbau, 2. Durchführung, 3. Beobachtung, 4. Auswertung.
Schülerversuch: Theoretischer Hintergrund
Zur Bestimmung der Erdbeschleunigung g können neben dem freien Fall prinzipiell alle
Bewegungsvorgänge herangezogen werden, bei denen die auf einen Körper wirkende
Gewichtskraft eine Rolle spielt. Dies ist u. a. beim Fadenpendel der Fall, bei dem eine
Komponente der Gewichtskraft (Rückstellkraft) einen ausgelenkten Körper in Richtung der
Ruhelage zurücktreibt.
α
Ruhelage
Fadenspannkraft
T
H
C
I
S
N
Rückstellkraft
Gewichtskraft
A
R
O
Abb. 4: Auf die Pendelmasse wirkende Kräfte
Für die Schwingungsdauer eines Fadenpendels gilt für kleine Winkel (α ≤ 15°) in guter
Näherung die Beziehung
V
T = 2π
I
.
g
(1)
Dabei ist T die Periodendauer der Schwingung und l die Länge des Pendels. Auflösen der
Formel nach der Erdbeschleunigung liefert die Bestimmungsgleichung für g:
g=
4 π 2l
.
T2
(2)
Ein großer Vorteil dieser Variante ist, dass die Periodendauer eines Fadenpendels durch
die Messung von z. B. 10 Schwingungen sehr genau bestimmt werden kann, wodurch das
Experiment nur kleine Messfehler aufweist.
Versuchsdurchführung/Auswertung
• Bauen Sie ein Fadenpendel mittlerer Länge (0,5 m–1 m) auf.
• Messen Sie mit einer Stoppuhr die Dauer für 10 Perioden.
• Bestimmen Sie die Schwingungsdauer des Pendels und die Erdbeschleunigung g.
• Führen Sie den Versuch 10-mal durch und berechnen Sie den Mittelwert.
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18. Die Erdbeschleunigung g
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M8
II/A
Das Pendel nach Whiting – Pendelversuch 3
Führen Sie den Versuch durch. Schreiben Sie ein Protokoll mit der Gliederung:
1. Aufbau, 2. Durchführung, 3. Beobachtung, 4. Auswertung.
Schülerversuch: Theoretischer Hintergrund
Für aus der Ruhe (v0 = 0) frei fallende Körper gilt bei Vernachlässigung der Luftreibung
das Weg-Zeit-Gesetz (s0 = 0):
1
s = g t2
2
(s  Fallstrecke, t  Fallzeit, g  Erdbeschleunigung).
Die Bestimmung der Fallstrecke und Fallzeit ermöglicht somit eine sehr anschauliche Möglichkeit, die Erdbeschleunigung experimentell zu bestimmen. Allerdings stellt die Methode
eine hohe Anforderung an die Zeitmessung, weshalb meist computergestützte Verfahren
– z. B. Lichtschrankenmessungen – zum Einsatz kommen. An dieser Station soll die Fallzeit
mithilfe eines physikalischen Pendels ermittelt werden.
Entsprechend der Abbildung nutzt man
eine schiefe Ebene als Pendel. Die Anordnung ist so justiert, dass sich der Fallkörper (eine kleine Stahlkugel mit Haken)
zu Beginn in Höhe der Drehachse beindet.
Brennt man den Faden durch, so setzen der
freie Fall und die Schwingung des Pendels
gleichzeitig ein. Nach einer viertel Periode
schlägt die Kugel auf dem Pendel auf und
hinterlässt auf dem angeklebten Papier
(auf ihm beindet sich eine Schicht Kohlepapier) einen Abdruck. Die Fallstrecke
kann im Anschluss mit einem Maßstab
gemessen werden, die Fallzeit entspricht
einer viertel Periode.
T
H
C
Kugel
I
S
N
Faden
A
R
O
V
Papier
Kohlepapier
Abb. 6: Der Versuchsaufbau
Die Schwingungsdauer des Pendels wird durch die Messung von 10 Schwingungen
bestimmt, wonach die Erdbeschleunigung g ermittelt werden kann.
Versuchsdurchführung
• Bauen Sie den Versuch entsprechend der Abbildung auf.
• Führen Sie den Versuch mindestens 5-mal durch.
• Bestimmen Sie die Schwingungsdauer des Pendels, indem Sie die Zeit für 10 Perioden
mittels Stoppuhr messen (drei Messwiederholungen).
Auswertung
• Bestimmen Sie für alle 5 Messungen die Erdbeschleunigung und ermitteln Sie abschließend den Mittelwert.
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M 11 Springende Bälle – akustische Messung 3
Führen Sie den Versuch durch. Schreiben Sie ein Protokoll mit der Gliederung:
II/A
1. Aufbau, 2. Durchführung, 3. Beobachtung, 4. Auswertung.
Schülerversuch: Theoretischer Hintergrund
Bei diesem Experiment soll die in der Sprungfolge von Springbällen (Flummis) enthaltene
Information zur Bestimmung der Erdbeschleunigung g genutzt werden. Hierzu nimmt man
die Aufschlaggeräusche mittels Mikrofon über einen gewissen Zeitraum hinweg auf. So
erhält man einen zeitlichen Verlauf, bei dem die Aufschlaggeräusche erstaunlich scharfe
Peaks liefern, welche als Zeitmarken der Aufschläge angesehen werden können. Das in
Abb. 2 dargestellte Messbeispiel wurde mit der Freeware Audacity und dem Mikrofon
einer Webcam aufgenommen.
T
H
C
Foto: P. Vogt
I
S
N
A
R
O
V
Abb. 11: Versuchsaufbau; anstatt eines iPads
kann auch ein Computer mit internem oder
externem Mikrofon verwendet werden.
Abb. 12: Zeitlicher Verlauf des Schallsignals eines hüpfenden
Springballs, aufgezeichnet mit der Software Audacity
Der Energieverlust beim Stoß
Die Bewegung der Kugel zwischen zwei Aufschlägen ist einem senkrechten Wurf nach
oben vergleichbar, bei dem Anfangs- und Endhöhe gleich, nämlich h = 0 m, sind. Daher
gilt für die Steig- bzw. Fallzeit tH der Kugel:
v
tH = 0 .
(1)
g
Wir messen die Zeit zwischen zwei Aufschlägen, also ∆t = 2tH. Die Startgeschwindigkeit v0
ist auch die Geschwindigkeit, mit der die Kugel wieder am Boden anlangt. Die kinetischen
Energien Ekin1 und Ekin2 zwischen zwei aufeinander folgenden Aufschlägen verhalten sich
wie die Quadrate der Aufschlaggeschwindigkeiten, deshalb erhalten wir mit Gleichung (1)
E
und dem relativen Energieverlust k = kin2 insgesamt:
Ekin1
2
Ekin2 v 202 th2
∆t22
k=
= 2 = 2 = 2.
(2)
Ekin1 v 01
th1 ∆t1
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18. Die Erdbeschleunigung g
16 von 22
II/A
Zur Bestimmung des relativen Energieverlustes müssen also lediglich drei aufeinander
folgende Aufschläge aufgezeichnet werden (Abb. 3).
Abb. 13: Für die Bestimmung des relativen Energieverlustes sind die ersten drei Aufschäge entscheidend;
die hier dargestellte Messung wurde mit einem iPad und der App „Oscilloscope“ aufgenommen.
T
H
C
Die Bestimmung der Erdbeschleunigung
Für eine g-Bestimmung muss wenigstens einmal im Verlauf der Sprungfolge die
maximale Höhe der Kugel zwischen zwei
Aufschlägen ermittelt werden. Natürlich
wählt man hierfür die leicht zu bestimmende
Starthöhe der Kugel (z. B. 1 m).
I
S
N
A
R
O
Mithilfe des errechneten relativen Energieverlustes bestimmt man die maximale Steighöhe h2 der Kugel nach dem ersten Stoß am
Boden. Bezeichnet h1 die gemessene Starthöhe, dann gilt für diese Steighöhe:
V
h2 = k ⋅ h1 .
(3)
Abb. 14: Die Kugel fällt aus der Starthöhe h1 und
erzeugt beim Aufschlag auf den Boden das erste
Schallsignal. Sie steigt bis zur Höhe h2 auf und fällt
erneut zu Boden.
Die Freifallzeit der Kugel von ihrer Höhe h2 bis zum Aufschlag ist die halbe Zeit ∆t zwischen
zwei Aufschlägen. Aus dieser Überlegung und aus der Gleichung (3) folgt mithilfe des
Weg-Zeit-Gesetzes des freien Falls die Bestimmungsgleichung für g:
2 h2
2 k h1
g=
=
.
(4)
(0,5 ⋅ ∆t)2 (0,5 ⋅ ∆t)2
Versuchsdurchführung und Auswertung
• Führen Sie den Versuch mindestens 3-mal durch.
• Berechnen Sie für jede Messung den relativen Energieverlust sowie die Erdbeschleunigung.
• Bilden Sie abschließend den Mittelwert des relativen Energieverlustes und der Erdbeschleunigung.
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Erläuterungen und Beispielmessungen
M1
II/A
Einführung in den Stationenzirkel
Fertigen Sie aus der Schwarz-Weiß-Folienvorlage eine Folie. Anhand dieser Folie stellen
Sie den Stationenzirkel kurz vor. Neben ersten Hinweisen zu den verschiedenen Experimenten und den Bereichen, denen sie zugeordnet sind, besprechen Sie insbesondere
die Zielvorgaben und den Zeitansatz mit Ihren Schülern. Damit die Unterrichtseinheit in
vier bis fünf Stunden bearbeitet werden kann, ist es notwendig, dass die Erstellung der
Versuchsprotokolle zumindest teilweise als Hausaufgabe erfolgt.
M2
Die „g-Bestimmung“ – Laufzettel zum Stationenzirkel
Auf dem Laufzettel dokumentieren Ihre Schüler den Stand ihrer Arbeit, indem sie fertiggestellte Aufgaben abhaken; dadurch werden sie in ihrer Zeitplanung unterstützt, und es
ist gewährleistet, dass sie keine wesentlichen Teile vergessen.
M3
Der freie Fall mit Videoanalyse
Zur Durchführung des Experiments ist eine Digitalkamera mit Videofunktion notwendig,
welche Sie den Lernenden bereitstellen müssen; selbstverständlich können Ihre Schüler auch mit eigenen Geräten arbeiten, Sie müssen den Einsatz dann jedoch rechtzeitig
ankündigen.
T
H
C
Bei der Durchführung des Versuchs ist auf eine ausreichende Ausleuchtung des Experiments zu achten; dies gelingt am besten durch Freilichtaufnahmen oder durch eine
Beleuchtung mit leistungsstarkem Halogenstrahler (z. B. Baulampen).
Auswertung des Experiments
I
S
N
A
R
O
In der nachfolgenden Tabelle und dem Diagramm ist das Ergebnis einer mit der Software
„Viana.NET“ durchgeführten Analyse dargestellt.
V
Bildnummer
Zeit in s
Geschwindigkeit
in m/s
42
1,396
0,14
43
1,428
0,41
44
1,46
0,97
45
1,493
1,24
46
1,527
1,58
47
1,565
1,80
48
1,593
2,80
49
1,627
2,64
50
1,663
2,81
51
1,697
3,36
52
1,739
2,87
53
1,767
4,78
54
1,793
5,46
55
1,83
4,06
56
1,862
4,89
57
1,897
4,71
58
1,931
4,99
34 RAAbits Physik Februar 2014
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