LK Physik Abi 40 Protokoll vom 28.11.2011

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LK Physik Abi 40
Protokoll vom 28.11.2011
Protokollant: Ines Höbig
Lehrer: Herr Winkowski
Unterrichtsthema: Mechanik/ Schwingungen/ Drehbewegung/ lineare Bewegung
Experiment: Messungen mit dem Drehschwingungsgerät
Versuchseschreibung: Das Drehschwingungsgerät wird aus der Ruhelage ausgelenkt. Dabei
wird die sich an der Drehachse befindliche Feder gespannt. Es kommt zu einer
Drehbewegung der Stange um die Drehachse wobei eine Schwingung von der maximalen
Auslenkung über den Richtungswechsel wieder bis zur maximalen Auslenkung stattfindet. Im
Experiment wird die Schwingungsdauer von 10 Schwingungen mittels einer Stoppuhr erfasst.
Um zu beweisen, dass die Schwingungsdauer proportional zum Radius steht
(Schwingungsgesetz), werden von den gleichen Massenpunkten aus verschiedene Abstände
zur Drehachse gewählt.
Skizze:
Blatt 2
Messtabelle:
Graphische Darstellung: Maßstab 10= 1cm
Formeln: Herleitung der Periodendauer T des Drehschwingungsgerätes
I= 2∙m∙r²
Das Trägheitsmoment I in Formel einsetzen
D*=Ʃ m r
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Ergebnis:
T~r
→ Im Diagramm erhalten wir eine Gerade, welche die Proportionalität von der
Schwingungszeit in Abhängigkeit von der Entfernung der beiden Massen von der Drehachse
darstellt. Damit haben wir das Schwingungsgesetz bestätigt
Allgemeines: Wird ein schwingungsfähiges System aus der Ruhelage ausgelenkt und
schwingt dann ohne zusätzliche Einwirkung aus, so handelt es sich um eine freie
Schwingung. Die Frequenz der freien Schwingung nennt man Eigenfrequenz.
Kurzer Exkurs zur Drehbewegung/ lineare Bewegung:
Skizze/ Rad
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Versuchsbeschreibung: An die Drehachse einer Felge (Radnabe) wird eine Schnur
aufgewickelt. Diese wird über eine Rolle gelegt, sodass das Ende der Schnur mit der Masse
nach unten zeigt. Die Gewichtskraft G ( Fg=m∙g) führt zu einer Drehbewegung der Felge über
den Radius r der Achse. Dort wirkt ein Drehmoment M= r∙ Fg.
Winkelbeschleunigung Felge:
ἁ= ῳ: t
Drehbewegung:
M= I∙ ἁ
→
Analogie zur linearen Bewegung:
a= v: t
lineare Bewegung:
F= m∙ a
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Definition:
→ Das Drehmoment ist eine grundlegende physikalische Größe in der klassischen Mechanik.
Es spielt für Drehbewegungen die gleiche Rolle wie die Kraft für die geradlinige Bewegung.
Die Maßeinheit des Drehmoments ist das Newtonmeter (N m)
→ Unter dem Drehimpuls L eines rotierenden Körpers versteht man das Produkt aus seinem
Trägheitsmoment I und seiner Winkelgeschwindigkeit. Er ist eine vektorielle Größe und hat
die Richtung der Winkelgeschwindigkeit ῳ. Die Maßeinheit des Drehimpulses ist
Newtonmeter Sekunde
1 Nms = 1 kgm²/s