Propellerwagen_2NG_1..

object with a safety tether to prevent a
runaway cart.
Demonstration Using the Fan Cart and Sail
Experimente it einem Propellerwagen 1. Place the fan
cart at rest on m
a level
dynamics
track.
To check if the track is level, place the cart on the
track and give
it a small push
onePdirection.
Then mit Gesamtmasse m = 0.50 kg wird aus der Ruhe Experiment 1: inDer ropellerwagen push it in the opposite directiongestartet! to see if theDcart
er Lrolls
uftstrom nach hinten bewirkt eine Kraft von F = 0.28 N nach easier in one direction than thevorne other. (Rückstoss-­‐Prinzip). Luftstrom
")*+(,-.
(-*/0
m !"#$%&'
("'
Kraft F
1
Figure 1: Fan Cart without Sail
2. Set the fan
angle at zero degrees
and turn the
fan
Beobachtung: (Beschreibung der Bewegung) on to show
which way the cart moves without the
sail. See Figure
1.
Gleichmässig beschleunigte Bewegung nach rechts © 1993 PASCO
scientific
This instruction sheet written by: Ann Hanks
a) Geben sie an wie die Beschleunigung a wirkt und wie sie aus der Kraft F berechnet werden kann. Geben sie auch an ob und wie sich die Beschleunigung a verändert im Laufe der Zeit. Die Beschleunigung wirkt in dieselbe Richtung wie die wirkende Kraft F des Propellermotors, gemäss des 2. Newton’schen Gesetzes: F = m⋅a! a = F/m = 0.28 N / 0.50 kg = 0.56 m/s2 Da F und m konstant sind, bleibt auch a konstant. Die Beschleunigung a verändert sich somit nicht! (Hinweis: Diese Aussage ist streng genommen nur richtig, wenn der Luftstrom wesentlich schneller bewegt ist als der Propellerwagen.) b) Berechnen sie die Geschwindigkeit v(t) nach t1 = 2.0 s resp. t2 = 5.0 s. Geben sie auch eine rein formale (algebraische) Formel an für v(t) (d.h. ohne Zahlen einzusetzen!). v(t) = a⋅t v1 = a⋅t1 = 0.56 m/s2 ⋅ 2.0 s = 1.12 m/s (man könnte auf v1 =1.1 m/s abrunden) v2 = a⋅t2 = 0.56 m/s2 ⋅ 5.0 s = 2.8 m/s c) Wie nimmt der zurückgelegte Weg s(t) mit der Zeit zu? Welchen Weg hat der Wagen nach t1 = 2.0 s resp. nach t2 = 5.0 s zurückgelegt? Geben sie auch eine rein formale (algebraische) Formel an für s(t) (d.h., ohne Zahlen einzusetzen!). Der zurückgelegte Weg s wächst schneller als linear mit der Zeit an: genau quadratisch mit der Zeit wie das folgende Gesetz zeigt: s(t) = ½⋅a⋅t2 = (0.28 m/s2) ⋅ t2 für t = t1: s1 = s(t = 2s) = 1.12 m für t = t2: s1 = s(t = 5s) = 7.0 m CB 2014
1. Place the fan cart at rest on a level dynamics track.
CART
To check if the track is level, place the cart on the
track and give it a small push in one direction. Then
push it in the
to see
the cartgegen
rolls die Kraftwirkung des
Experiment 2: Der Propellerwagen
mitopposite
Masse mdirection
= 0.50 kg
wirdif gegen
easier
in
one
direction
than
the
other.
Luftstroms angestossen und fährt mit v =1.3 m/s > 0 m/s gegen die Bremswirkung des Luftstromes los.
a)
Cart
the following
•85 Fan
String
canhas
be attached
to the tabs on the ends of the cart.
• Approximate mass of fan cart including 4 alkaline
012-05307E
Luftstrom
motorbatteries
is powered
by 4 C-cell batteries.
= 580g
")*+(,-.
•thrust
Approximate
mass
of
sail
=
225g.
of the fan can be adjusted from
Kraft F
(-*/0
emonstrate force components.
sed➤
on a CAUTION:
table or floor. Better results
A1 1
•
Keep
fingers
and Dynamics
other objects away from v the
n it is used
on the
PASCO
FR moving fan blade.
or ME-9480).
•
We recommend the cart be attached to a fixed
top of the
PASCO
cart to prevent a
object
withdynamics
a safety tether
FigureFigur
1: Fan
Cart without
Die cart’s
Richtung
der Reibungskraft
FR in obiger
einzeichnen
(d.h.,Sail
die Kombination von Luft- und
lize the dynamics
plunger
and
runaway cart.
Rollreibung). Angriffspunkt2.seiSet
dasthe
Hinterrad.
fan angle at zero degrees and turn the fan
Demonstration
Using
Fan
and
Sail
Gemessen
wurde
dieserCart
Situation
eine
Beschleunigung
von a =the
0.65 m/s2.
• String
canthe
beinattached
to
the
tabs
on
the(bremsende)
ends ofway
the cart.
on
to show
which
the
cart moves without
ed to the cart by
the magnetic
strip
Aufgrund
der on
Bewegungsrichtung
(Vektorpfeil
Geschwindigkeit) wirkt die Reibungskraft in die
sail.
See
Figure 1.
•cartApproximate
massdynamics
of fan
cart
including
4v der
alkaline
1. Place the fan
at rest
a level
track.
rt.
Gegenrichtung.
Damit
wirken
F
und
F
in
dieselbe
Richtung
und bremsen gemeinsam den Wagen ab. Die
R
batteries
= 580g
To check if the track
is level,
place the cart on the
2
resultierende
Bremsbeschleunigung
ist
a
=
0.65
m/s
wie
aus
der Angaben zu entnehmen ist.
celeration
of the
• it Approximate
of sail = 225g.
track and
givecart,
a steel
smallmasses
push inmass
one direction.
Then
©
1993
PASCO
scientific
he cart
them ondirection
the mag-to see if the cart rolls
pushbyit placing
in the
opposite
b) Im
jetzigen Zeitpunkt
hat der
Propellerwagen
diewritten
grössteby:
Entfernung
vom Startpunkt erreicht, d.h. er steht
This
instruction sheet
Ann Hanks
easier in one
than thestill.
other.
➤ Moment
CAUTION:
fürdirection
einen
Berechnen sie aus den obigen Angaben den Zeitpunkt und den zurückgelegten Weg s
FAN CART
!"#$%&'
("'
(= Distanz
D vomfingers
Startpunkt).
•
Keep
and other objects away from the
moving fan blade.
Das Fahrzeug bremst von v = 1.3 m/s auf 0 ab. Die •
We recommend the cart be attached
to a fixed
Bremsbeschleunigung ist a = 0.65 m/s2. Damit folgt für die
Luftstrom
prevent a v = a⋅t resp. t = v/a = (1.3 m/s) /(0.65 m/s2) = 2.0 s. ")*+(,-.object with a safety tether toBremszeit:
runaway cart.
Kraft F
(-*/0
dieser Zeit Sail
t = 2.0 s bewegt sich der Propellerwagen nach links Demonstration
Using the FanIn Cart
and
und bremst auf v = 0 ab: s = vmittel ⋅ t = (1.3 m/s / 2) ⋅ t = 0.65 m/s ⋅ 2.0 s = 1.3 m To check if the track1is level, place the cart on the
track and give it a small push
in one direction. Then
push
it
in
the
opposite
direction
to see if the cart rolls
Figure
1:
Fan
Cart
without
Sail
in one
direction thanwieder
the other.
c) Jetzteasier
hat der
Propellerwagen
beschleunigt und fährt nach rechts, d.h. v < 0 m/s !
1. Place the fan cart at rest on a level dynamics track.
!"#$%&'
("'
angle at zero degrees and turn the fan
2. Set the fan
wing
on to show which way the cart moves without the
sail. See Figure 1.
Luftstrom
ell batteries.
")*+(,-.
djusted
fromPASCO scientific
© 1993
ents.This instruction sheet written by: Ann Hanks
Better results
O Dynamics
mics cart
plunger and
netic strip
el masses
n the mag-
FR !"#$%&'
("'
(-*/0
Kraft F
a2 1
Figure
Fan Cart
without der
SailReibungskraft F ein. Beachten sie dabei die Fahrtrichtung
Zeichnen sie als
erstes1:wieder
die Richtung
R
2
des2.Wagens.
eine and
Beschleunigung
Set theGemessen
fan angle wurde
at zerojetzt
degrees
turn the fan von a = 0.45 m/s . Weshalb ist die Beschleunigung
jetzt kleiner
als beiwhich
a)? Berechnen
sie den
Betrag
der Reibungskraft
FR, die gleich gross sein soll wie bei
on to show
way the cart
moves
without
the
Situation
a)!
sail. See Figure 1.
Berechnen sie ausserdem die Geschwindigkeit 4.0 s nachdem der Wagen gestartet wurde, (siehe Aufgabe a).
Im Gegensatz zur Teilaufgabe a) wirken die beiden Kräfte F und FR antiparallel. Somit ist die © 1993 PASCO
scientific
resultierende Kraft kleiner: FRes = F – FR = m⋅ a2 gemäss 2. NG! This instruction
written by: Ann
Hanks
In Teilabgabe a) gibt sheet
entsprechend: Kraft FRes = F + FR = m⋅ a1 also: F + FR = m⋅0.65 m/s2 (1) F – FR = m⋅0.45 m/s2 (2) CB 2014
Daraus findet man (1) – (2) : 2⋅FR = m⋅ (0.65–0.45 m/s2) = m⋅(0.20 m/s2). FR = m⋅(0.10 m/s2) und: FR = 0.5 kg ⋅ 0.10 m/s2 = 0.05 N zusätzlich der (nicht gefragte) Wert von F, der Kraft des Propellermotors: F = 0.5 kg ⋅ 0.45 m/s2 + FR = 0.225 N + 0.05 N = 0.375 N Nach 2.0 s steht der Wagen still (Position bei Bild b), dann beschleunigt der Wagen wieder für 2.0 s mit der Beschleunigung a2 = 0.45 m/s2 Also mit v = a2 ⋅ t = 0.45 m/s2 ⋅ 2.0 s = 0.90 m/s nach rechts . CB 2014