Einfache Experimente zur Bewegungslehre (Kinematik)

1 Modelleisenbahn und Metronom2 Vorstellung der Luftkissenfahrbahn3 Gleichmaumlszligige Befuumlllung eines Messbechers 4 Bewegung des Leuchtpunktes auf dem Schirm eines Oszilloskops5 Absinken eines Koumlrpers in einem Standzylinder6 Kurzvorstellung der Videoanalysesoftware VIANA7 Die Fallschnur ndash ein Standardexperiment zur beschleunigten Bewegung

Die EisenbahnPhysikversuch zur gleichfoumlrmigen Bewegung

Annika KleinefeldNicole Wissing

Material eine Eisenbahn (Zug und Schienen)ein Metronomverschiedene kleine Puppen

Durchfuumlhrung Man laumlsst die Eisenbahn eine gerade Strecke mit gleich bleibender Geschwindigkeit fahren Jedes Mal wenn das

Metronom schlaumlgt stellt eine Schuumllerin eine Figur an die Strecke wo der Zug zu dem Zeitpunkt war

Ergebnis Betrachtet man nun die Figuren an der Strecke so stehen sie alle in gleichen Abstaumlnden Man kann den Schuumllerninnen so

verdeutlichen dass bei einer gleichfoumlrmigen Bewegung in gleich bleibenden Zeitabstaumlnden der gleiche Weg zuruumlckgelegt wird

Erweiterung laumlsst man die Geschwindigkeit des Zuges nun ansteigen so sieht man anhand der Abstaumlnde der Figuren dass sich die

Abstaumlnde vergroumlszligern So koumlnnte man in der Schule den Begriff Beschleunigung und ungleichfoumlrmige Bewegungen einfuumlhren

Alternative eine Luftkissenfahrbahn ein ferngesteuertes Auto auf dem Schulflur bei jedem

Metronomschlag muss der Schuumller vortreten bei dem das Auto in dem Moment vorbei faumlhrt

Die LuftkissenfahrbahnEva Zalewski

Abbildung 1 Die Luftkissenfahrbahn ist hier kombiniert mit einer CCD-Kamera

ZielMit der Luftkissenfahrbahn lassen sich einige Experimente aus dem Bereich der Mechanik unter idealisierten Bedingungen durchfuumlhren Reibung wird minimiert und kann als Fehlerquelle vernachlaumlssigt werden In Verbindung mit Lichtschranken die an einen Computer angeschlossen werden laumlsst der Versuchsaufbau sehr praumlzise Messungen zu den Zusammenhaumlngen zwischen Weg Zeit Masse Geschwindigkeit Beschleunigung Kraft Impuls und Energie zu Insbesondere koumlnnen die Newtonschen Axiome experimentell nachvollzogen werden Leybold schlaumlgt folgende Versuche mit der der Luftkissenfahrbahn vor (httpwwwleybold-didacticdeserviceindexhtmlberatunghtml)

bull Bestaumltigung des ersten und zweiten Newtonschen Axioms an geradlinigen Bewegungenbull Zusammenhang zwischen Weg Zeit und Geschwindigkeitbull Zusammenhang zwischen Beschleunigung Kraft und Masse bull Gleichmaumlszligig beschleunigte Bewegung mit Richtungsumkehrbull Drittes Newtonsches Axiom und Stoszliggesetzebull Kinetische Energie einer gleichmaumlszligig beschleunigten Masse

AufbauDie Luftkissenfahrbahn ist eine Schiene durch deren Inneres Luft die mit Hilfe eines bdquoumgekehrten Staubsaugersldquo eingelassen wird stroumlmen kann und durch kleine Loumlcher nach auszligen gelangt Liegt ein Wagen auf bildet sich zwischen Schiene und Wagen ein Luftpolster das Reibung minimiert Die Staumlrke der herausstroumlmenden Luft kann durch einen Regler am Leistungsstellgeraumlt

verstellt werden Die Wagen die auf der Schiene gleiten sind veraumlnder- und erweiterbar ZB koumlnnen sie uumlber eine Schnur und Gewichte verschieden beschleunigt werden ihre Massen koumlnnen variiert werden etc Mit den Messmodulen und der Auswertungssoftware von CASSY laumlsst sich der Versuchsaufbau leicht ausbauen (Einstellungen koumlnnen uumlber CASSY geladen werden das sei besonders bei Impulserhaltung empfohlen)

Vor- und NachteileDie Luftkissenbahn ist sehr vielseitig An ihr koumlnnen Zusammenhaumlnge zwischen diversen Groumlszligen veranschaulicht werden Das Phaumlnomen der Reibung kann in Gegenuumlberstellung zu nicht reibungsfreien Versuchen herausgearbeitet werden Fehlerdiskussion und die Hinfuumlhrung zu physikalischen Arbeitsmethoden bieten sich an

Der bdquoumgekehrte Staubsaugerldquo sieht nicht nur so aus sondern er verhaumllt sich auch dementsprechend Eingeschaltet ist er so laut dass Ausfuumlhrungen des Lehrers kaum noch moumlglich sind Durch den Laborcharakter der Luftkissenbahn verlieren die Experimente den Alltagsbezug Meistens werden sie nur vom Lehrer vorgefuumlhrt (geringe Schuumllerbeteiligung moumlglich weil nur ein Exemplar vorhanden) Der Weg der Messwerterfassung mag sich als eine Blackbox darstellen wenn beispielsweise die Funktionsweise von Lichtschranken nicht klar ist

Fuumlllstand eines Messbechers als Beispiel fuumlr eine gleichfoumlrmige Bewegung

Referentinnen Marion Bergmann und Katharina ReiningDatum 23062007

Thema Gleichfoumlrmige Bewegung

Eine gleichfoumlrmige Bewegung ist ein Vorgang bei dem sich die Geschwindigkeit zeitlich nicht aumlndert Die Beschleunigung ist also null Dies gilt beispielsweise beim befuumlllen eines Messbechers mit Wasser oder beim stationaumlren Sinken eines Koumlrpers in einer Fluumlssigkeit Hier liegt ein Vorgang mit konstanter Geschwindigkeit vor Folglich werden dann in gleichen Zeitintervallen jeweils uumlbereinstimmend lange Streckenabschnitte zuruumlckgelegt Dazu gehoumlrt also ein linearer Weg-Zuwachs Theoretisch haumltten sich in unserem Versuch folgende graphische Darstellungen ergeben muumlssen

Praktischer Teil

Experiment Das Befuumlllen eines Messbechers

Versuchsmaterialien 2 durchsichtige Messbecher (je 1 Liter)Wasser 1 Stoppuhr eine ruhige Hand

Versuchsaufbau + VersuchsdurchfuumlhrungEiner der Messbecher wird vor dem Experiment mit Wasser befuumlllt Dieses Wasser wird versucht gleichmaumlszligig in den zweiten Messbecher umzuschuumltten Alle 100 ml wird die Zeit gestoppt

VersuchsbeobachtungDadurch dass man per Hand das Wasser umschuumlttet entstehen leichte Zeitverzoumlgerungen sodass nicht alle 100 ml die gleiche Zeitdifferenz entsteht Trotzdem ist das Ergebnis relativ gleichfoumlrmig

Versuchsergebnis

Fuumlllhoumlhe (in ml) Zeit (in Sekunden)100 22200 47300 72400 90500 110600 123700 148800 160900 1761000 194

Zeile 2 Zeile 3 Zeile 4 Zeile 5 Zeile 6 Zeile 7 Zeile 8 Zeile 9 Zeile 10 Zeile 11 Zeile 120

1

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19

20

Fuumlllhoumlhe (in ml)

Zeit

(in

sec)

Dieser Versuch eignet sich in leichter Umwandlung auch als Uumlbung zum Lesen und Zuordnen von Graphen

1) In einen Messbecher wird ein kompakter Gegenstand gestellt und dann gleichmaumlszligig mit Wasser befuumlllt Wie veraumlndert sich das Weg-Zeit Diagramm

2) Statt eines Messbechers werden andere zu befuumlllende Gegenstaumlnde gewaumlhlt (z B Stehkolben Standzylinder Wanne etc) welche eine Skalierung in ml besitzen Wie koumlnnte ein Weg-Zeit Diagramm fuumlr dieses Gefaumlszlig bei gleichmaumlszligiger Befuumlllung aussehen Uumlberpruumlfe deine VermutungMan kann auch den Schuumllerinnen und Schuumllern verschiedene Diagramme zeigen Welches Weg-Zeit Diagramm gehoumlrt zu welchem Gefaumlszlig

3) Um eine wirklich gleichfoumlrmige Bewegung zu erhalten koumlnnte man auch einen Schlauch an einen Wasserhahn anschlieszligen und so ein Gefaumlszlig befuumlllen Dadurch ist die Flieszliggeschwindigkeit konstant Was passiert wenn man den Wasserhahn mehr weniger aufdreht Also das Wasser schneller langsamer einflieszligen laumlsst

Vor- und NachteileEin Vorteil dieses Versuchs ist natuumlrlich dass Versuche mit Wasser stets gefahrlos durchfuumlhrbar sind Auszligerdem ist Wasser guumlnstig und leicht beschaffbar Trotzdem waumlre es sicherlich nicht schlecht wenn man das Wasser im Vorfeld einfaumlrben wuumlrde (zum Beispiel mit Lebensmittelfarben) um es besser sichtbar zu machen schlieszliglich muss man alle 100 ml die Zeit stoppen

Experiment zur gleichfoumlrmigen Bewegung eines Leuchtpunktes

auf einem Bildschirm Das Oszilloskop(Referentinnen Alexandra Fenk und Mareike Leinich)

Das Oszilloskop ist ein elektronisches Messgeraumlt zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes

einer Spannung Das Oszilloskop stellt einen Verlaufsgraphen auf einem Bildschirm dar

wobei uumlblicherweise die (horizontale) X-Achse (Abszisse) die Zeitachse ist und die

Spannungen auf der (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) abgebildet werden Das so entstehende

Bild wird als Oszillogramm bezeichnet

In einem Versuch kann man zeigen dass die Bewegung des Leuchtpunktes auf dem

Bildschirm eine gleichfoumlrmige Bewegung ist

Um das zu zeigen sollten mehrere Stoppuhren an die Schuumller verteilt werden Dann koumlnnen

die Schuumller die Zeit stoppen die der Leuchtpunkt fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigt Es

zeigt sich dass der Leuchtpunkt fuumlr gleichlange Strecken immer die gleiche Zeit benoumltigt er

bewegt sich also gleichfoumlrmig

Bei jedem Versuch kann man die Amplitude und die Frequenz individuell einstellen so dass

man das optimale Bild fuumlr die Schuumller erreicht

Bei unserem Versuch haben wir die Amplitude und die Frequenz moumlglichst klein eingestellt

damit es so aussieht als wuumlrde der Leuchtpunkt waagerecht uumlber den Bildschirm laufen da

es so einfacher war die Zeit fuumlr einen Bildschirmdurchlauf zu messen

Die EisenbahnPhysikversuch zur gleichfoumlrmigen Bewegung

Annika KleinefeldNicole Wissing

Material eine Eisenbahn (Zug und Schienen)ein Metronomverschiedene kleine Puppen

Durchfuumlhrung Man laumlsst die Eisenbahn eine gerade Strecke mit gleich bleibender Geschwindigkeit fahren Jedes Mal wenn das

Metronom schlaumlgt stellt eine Schuumllerin eine Figur an die Strecke wo der Zug zu dem Zeitpunkt war

Ergebnis Betrachtet man nun die Figuren an der Strecke so stehen sie alle in gleichen Abstaumlnden Man kann den Schuumllerninnen so

verdeutlichen dass bei einer gleichfoumlrmigen Bewegung in gleich bleibenden Zeitabstaumlnden der gleiche Weg zuruumlckgelegt wird

Erweiterung laumlsst man die Geschwindigkeit des Zuges nun ansteigen so sieht man anhand der Abstaumlnde der Figuren dass sich die

Abstaumlnde vergroumlszligern So koumlnnte man in der Schule den Begriff Beschleunigung und ungleichfoumlrmige Bewegungen einfuumlhren

Alternative eine Luftkissenfahrbahn ein ferngesteuertes Auto auf dem Schulflur bei jedem

Metronomschlag muss der Schuumller vortreten bei dem das Auto in dem Moment vorbei faumlhrt

Die LuftkissenfahrbahnEva Zalewski

Abbildung 1 Die Luftkissenfahrbahn ist hier kombiniert mit einer CCD-Kamera

ZielMit der Luftkissenfahrbahn lassen sich einige Experimente aus dem Bereich der Mechanik unter idealisierten Bedingungen durchfuumlhren Reibung wird minimiert und kann als Fehlerquelle vernachlaumlssigt werden In Verbindung mit Lichtschranken die an einen Computer angeschlossen werden laumlsst der Versuchsaufbau sehr praumlzise Messungen zu den Zusammenhaumlngen zwischen Weg Zeit Masse Geschwindigkeit Beschleunigung Kraft Impuls und Energie zu Insbesondere koumlnnen die Newtonschen Axiome experimentell nachvollzogen werden Leybold schlaumlgt folgende Versuche mit der der Luftkissenfahrbahn vor (httpwwwleybold-didacticdeserviceindexhtmlberatunghtml)

bull Bestaumltigung des ersten und zweiten Newtonschen Axioms an geradlinigen Bewegungenbull Zusammenhang zwischen Weg Zeit und Geschwindigkeitbull Zusammenhang zwischen Beschleunigung Kraft und Masse bull Gleichmaumlszligig beschleunigte Bewegung mit Richtungsumkehrbull Drittes Newtonsches Axiom und Stoszliggesetzebull Kinetische Energie einer gleichmaumlszligig beschleunigten Masse

AufbauDie Luftkissenfahrbahn ist eine Schiene durch deren Inneres Luft die mit Hilfe eines bdquoumgekehrten Staubsaugersldquo eingelassen wird stroumlmen kann und durch kleine Loumlcher nach auszligen gelangt Liegt ein Wagen auf bildet sich zwischen Schiene und Wagen ein Luftpolster das Reibung minimiert Die Staumlrke der herausstroumlmenden Luft kann durch einen Regler am Leistungsstellgeraumlt

verstellt werden Die Wagen die auf der Schiene gleiten sind veraumlnder- und erweiterbar ZB koumlnnen sie uumlber eine Schnur und Gewichte verschieden beschleunigt werden ihre Massen koumlnnen variiert werden etc Mit den Messmodulen und der Auswertungssoftware von CASSY laumlsst sich der Versuchsaufbau leicht ausbauen (Einstellungen koumlnnen uumlber CASSY geladen werden das sei besonders bei Impulserhaltung empfohlen)

Vor- und NachteileDie Luftkissenbahn ist sehr vielseitig An ihr koumlnnen Zusammenhaumlnge zwischen diversen Groumlszligen veranschaulicht werden Das Phaumlnomen der Reibung kann in Gegenuumlberstellung zu nicht reibungsfreien Versuchen herausgearbeitet werden Fehlerdiskussion und die Hinfuumlhrung zu physikalischen Arbeitsmethoden bieten sich an

Der bdquoumgekehrte Staubsaugerldquo sieht nicht nur so aus sondern er verhaumllt sich auch dementsprechend Eingeschaltet ist er so laut dass Ausfuumlhrungen des Lehrers kaum noch moumlglich sind Durch den Laborcharakter der Luftkissenbahn verlieren die Experimente den Alltagsbezug Meistens werden sie nur vom Lehrer vorgefuumlhrt (geringe Schuumllerbeteiligung moumlglich weil nur ein Exemplar vorhanden) Der Weg der Messwerterfassung mag sich als eine Blackbox darstellen wenn beispielsweise die Funktionsweise von Lichtschranken nicht klar ist

Fuumlllstand eines Messbechers als Beispiel fuumlr eine gleichfoumlrmige Bewegung

Referentinnen Marion Bergmann und Katharina ReiningDatum 23062007

Thema Gleichfoumlrmige Bewegung

Eine gleichfoumlrmige Bewegung ist ein Vorgang bei dem sich die Geschwindigkeit zeitlich nicht aumlndert Die Beschleunigung ist also null Dies gilt beispielsweise beim befuumlllen eines Messbechers mit Wasser oder beim stationaumlren Sinken eines Koumlrpers in einer Fluumlssigkeit Hier liegt ein Vorgang mit konstanter Geschwindigkeit vor Folglich werden dann in gleichen Zeitintervallen jeweils uumlbereinstimmend lange Streckenabschnitte zuruumlckgelegt Dazu gehoumlrt also ein linearer Weg-Zuwachs Theoretisch haumltten sich in unserem Versuch folgende graphische Darstellungen ergeben muumlssen

Praktischer Teil

Experiment Das Befuumlllen eines Messbechers

Versuchsmaterialien 2 durchsichtige Messbecher (je 1 Liter)Wasser 1 Stoppuhr eine ruhige Hand

Versuchsaufbau + VersuchsdurchfuumlhrungEiner der Messbecher wird vor dem Experiment mit Wasser befuumlllt Dieses Wasser wird versucht gleichmaumlszligig in den zweiten Messbecher umzuschuumltten Alle 100 ml wird die Zeit gestoppt

VersuchsbeobachtungDadurch dass man per Hand das Wasser umschuumlttet entstehen leichte Zeitverzoumlgerungen sodass nicht alle 100 ml die gleiche Zeitdifferenz entsteht Trotzdem ist das Ergebnis relativ gleichfoumlrmig

Versuchsergebnis

Fuumlllhoumlhe (in ml) Zeit (in Sekunden)100 22200 47300 72400 90500 110600 123700 148800 160900 1761000 194

Zeile 2 Zeile 3 Zeile 4 Zeile 5 Zeile 6 Zeile 7 Zeile 8 Zeile 9 Zeile 10 Zeile 11 Zeile 120

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Fuumlllhoumlhe (in ml)

Zeit

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Dieser Versuch eignet sich in leichter Umwandlung auch als Uumlbung zum Lesen und Zuordnen von Graphen

1) In einen Messbecher wird ein kompakter Gegenstand gestellt und dann gleichmaumlszligig mit Wasser befuumlllt Wie veraumlndert sich das Weg-Zeit Diagramm

2) Statt eines Messbechers werden andere zu befuumlllende Gegenstaumlnde gewaumlhlt (z B Stehkolben Standzylinder Wanne etc) welche eine Skalierung in ml besitzen Wie koumlnnte ein Weg-Zeit Diagramm fuumlr dieses Gefaumlszlig bei gleichmaumlszligiger Befuumlllung aussehen Uumlberpruumlfe deine VermutungMan kann auch den Schuumllerinnen und Schuumllern verschiedene Diagramme zeigen Welches Weg-Zeit Diagramm gehoumlrt zu welchem Gefaumlszlig

3) Um eine wirklich gleichfoumlrmige Bewegung zu erhalten koumlnnte man auch einen Schlauch an einen Wasserhahn anschlieszligen und so ein Gefaumlszlig befuumlllen Dadurch ist die Flieszliggeschwindigkeit konstant Was passiert wenn man den Wasserhahn mehr weniger aufdreht Also das Wasser schneller langsamer einflieszligen laumlsst

Vor- und NachteileEin Vorteil dieses Versuchs ist natuumlrlich dass Versuche mit Wasser stets gefahrlos durchfuumlhrbar sind Auszligerdem ist Wasser guumlnstig und leicht beschaffbar Trotzdem waumlre es sicherlich nicht schlecht wenn man das Wasser im Vorfeld einfaumlrben wuumlrde (zum Beispiel mit Lebensmittelfarben) um es besser sichtbar zu machen schlieszliglich muss man alle 100 ml die Zeit stoppen

Experiment zur gleichfoumlrmigen Bewegung eines Leuchtpunktes

auf einem Bildschirm Das Oszilloskop(Referentinnen Alexandra Fenk und Mareike Leinich)

Das Oszilloskop ist ein elektronisches Messgeraumlt zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes

einer Spannung Das Oszilloskop stellt einen Verlaufsgraphen auf einem Bildschirm dar

wobei uumlblicherweise die (horizontale) X-Achse (Abszisse) die Zeitachse ist und die

Spannungen auf der (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) abgebildet werden Das so entstehende

Bild wird als Oszillogramm bezeichnet

In einem Versuch kann man zeigen dass die Bewegung des Leuchtpunktes auf dem

Bildschirm eine gleichfoumlrmige Bewegung ist

Um das zu zeigen sollten mehrere Stoppuhren an die Schuumller verteilt werden Dann koumlnnen

die Schuumller die Zeit stoppen die der Leuchtpunkt fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigt Es

zeigt sich dass der Leuchtpunkt fuumlr gleichlange Strecken immer die gleiche Zeit benoumltigt er

bewegt sich also gleichfoumlrmig

Bei jedem Versuch kann man die Amplitude und die Frequenz individuell einstellen so dass

man das optimale Bild fuumlr die Schuumller erreicht

Bei unserem Versuch haben wir die Amplitude und die Frequenz moumlglichst klein eingestellt

damit es so aussieht als wuumlrde der Leuchtpunkt waagerecht uumlber den Bildschirm laufen da

es so einfacher war die Zeit fuumlr einen Bildschirmdurchlauf zu messen

Metronomschlag muss der Schuumller vortreten bei dem das Auto in dem Moment vorbei faumlhrt

Die LuftkissenfahrbahnEva Zalewski

Abbildung 1 Die Luftkissenfahrbahn ist hier kombiniert mit einer CCD-Kamera

ZielMit der Luftkissenfahrbahn lassen sich einige Experimente aus dem Bereich der Mechanik unter idealisierten Bedingungen durchfuumlhren Reibung wird minimiert und kann als Fehlerquelle vernachlaumlssigt werden In Verbindung mit Lichtschranken die an einen Computer angeschlossen werden laumlsst der Versuchsaufbau sehr praumlzise Messungen zu den Zusammenhaumlngen zwischen Weg Zeit Masse Geschwindigkeit Beschleunigung Kraft Impuls und Energie zu Insbesondere koumlnnen die Newtonschen Axiome experimentell nachvollzogen werden Leybold schlaumlgt folgende Versuche mit der der Luftkissenfahrbahn vor (httpwwwleybold-didacticdeserviceindexhtmlberatunghtml)

bull Bestaumltigung des ersten und zweiten Newtonschen Axioms an geradlinigen Bewegungenbull Zusammenhang zwischen Weg Zeit und Geschwindigkeitbull Zusammenhang zwischen Beschleunigung Kraft und Masse bull Gleichmaumlszligig beschleunigte Bewegung mit Richtungsumkehrbull Drittes Newtonsches Axiom und Stoszliggesetzebull Kinetische Energie einer gleichmaumlszligig beschleunigten Masse

AufbauDie Luftkissenfahrbahn ist eine Schiene durch deren Inneres Luft die mit Hilfe eines bdquoumgekehrten Staubsaugersldquo eingelassen wird stroumlmen kann und durch kleine Loumlcher nach auszligen gelangt Liegt ein Wagen auf bildet sich zwischen Schiene und Wagen ein Luftpolster das Reibung minimiert Die Staumlrke der herausstroumlmenden Luft kann durch einen Regler am Leistungsstellgeraumlt

verstellt werden Die Wagen die auf der Schiene gleiten sind veraumlnder- und erweiterbar ZB koumlnnen sie uumlber eine Schnur und Gewichte verschieden beschleunigt werden ihre Massen koumlnnen variiert werden etc Mit den Messmodulen und der Auswertungssoftware von CASSY laumlsst sich der Versuchsaufbau leicht ausbauen (Einstellungen koumlnnen uumlber CASSY geladen werden das sei besonders bei Impulserhaltung empfohlen)

Vor- und NachteileDie Luftkissenbahn ist sehr vielseitig An ihr koumlnnen Zusammenhaumlnge zwischen diversen Groumlszligen veranschaulicht werden Das Phaumlnomen der Reibung kann in Gegenuumlberstellung zu nicht reibungsfreien Versuchen herausgearbeitet werden Fehlerdiskussion und die Hinfuumlhrung zu physikalischen Arbeitsmethoden bieten sich an

Der bdquoumgekehrte Staubsaugerldquo sieht nicht nur so aus sondern er verhaumllt sich auch dementsprechend Eingeschaltet ist er so laut dass Ausfuumlhrungen des Lehrers kaum noch moumlglich sind Durch den Laborcharakter der Luftkissenbahn verlieren die Experimente den Alltagsbezug Meistens werden sie nur vom Lehrer vorgefuumlhrt (geringe Schuumllerbeteiligung moumlglich weil nur ein Exemplar vorhanden) Der Weg der Messwerterfassung mag sich als eine Blackbox darstellen wenn beispielsweise die Funktionsweise von Lichtschranken nicht klar ist

Fuumlllstand eines Messbechers als Beispiel fuumlr eine gleichfoumlrmige Bewegung

Referentinnen Marion Bergmann und Katharina ReiningDatum 23062007

Thema Gleichfoumlrmige Bewegung

Eine gleichfoumlrmige Bewegung ist ein Vorgang bei dem sich die Geschwindigkeit zeitlich nicht aumlndert Die Beschleunigung ist also null Dies gilt beispielsweise beim befuumlllen eines Messbechers mit Wasser oder beim stationaumlren Sinken eines Koumlrpers in einer Fluumlssigkeit Hier liegt ein Vorgang mit konstanter Geschwindigkeit vor Folglich werden dann in gleichen Zeitintervallen jeweils uumlbereinstimmend lange Streckenabschnitte zuruumlckgelegt Dazu gehoumlrt also ein linearer Weg-Zuwachs Theoretisch haumltten sich in unserem Versuch folgende graphische Darstellungen ergeben muumlssen

Praktischer Teil

Experiment Das Befuumlllen eines Messbechers

Versuchsmaterialien 2 durchsichtige Messbecher (je 1 Liter)Wasser 1 Stoppuhr eine ruhige Hand

Versuchsaufbau + VersuchsdurchfuumlhrungEiner der Messbecher wird vor dem Experiment mit Wasser befuumlllt Dieses Wasser wird versucht gleichmaumlszligig in den zweiten Messbecher umzuschuumltten Alle 100 ml wird die Zeit gestoppt

VersuchsbeobachtungDadurch dass man per Hand das Wasser umschuumlttet entstehen leichte Zeitverzoumlgerungen sodass nicht alle 100 ml die gleiche Zeitdifferenz entsteht Trotzdem ist das Ergebnis relativ gleichfoumlrmig

Versuchsergebnis

Fuumlllhoumlhe (in ml) Zeit (in Sekunden)100 22200 47300 72400 90500 110600 123700 148800 160900 1761000 194

Zeile 2 Zeile 3 Zeile 4 Zeile 5 Zeile 6 Zeile 7 Zeile 8 Zeile 9 Zeile 10 Zeile 11 Zeile 120

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Fuumlllhoumlhe (in ml)

Zeit

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sec)

Dieser Versuch eignet sich in leichter Umwandlung auch als Uumlbung zum Lesen und Zuordnen von Graphen

1) In einen Messbecher wird ein kompakter Gegenstand gestellt und dann gleichmaumlszligig mit Wasser befuumlllt Wie veraumlndert sich das Weg-Zeit Diagramm

2) Statt eines Messbechers werden andere zu befuumlllende Gegenstaumlnde gewaumlhlt (z B Stehkolben Standzylinder Wanne etc) welche eine Skalierung in ml besitzen Wie koumlnnte ein Weg-Zeit Diagramm fuumlr dieses Gefaumlszlig bei gleichmaumlszligiger Befuumlllung aussehen Uumlberpruumlfe deine VermutungMan kann auch den Schuumllerinnen und Schuumllern verschiedene Diagramme zeigen Welches Weg-Zeit Diagramm gehoumlrt zu welchem Gefaumlszlig

3) Um eine wirklich gleichfoumlrmige Bewegung zu erhalten koumlnnte man auch einen Schlauch an einen Wasserhahn anschlieszligen und so ein Gefaumlszlig befuumlllen Dadurch ist die Flieszliggeschwindigkeit konstant Was passiert wenn man den Wasserhahn mehr weniger aufdreht Also das Wasser schneller langsamer einflieszligen laumlsst

Vor- und NachteileEin Vorteil dieses Versuchs ist natuumlrlich dass Versuche mit Wasser stets gefahrlos durchfuumlhrbar sind Auszligerdem ist Wasser guumlnstig und leicht beschaffbar Trotzdem waumlre es sicherlich nicht schlecht wenn man das Wasser im Vorfeld einfaumlrben wuumlrde (zum Beispiel mit Lebensmittelfarben) um es besser sichtbar zu machen schlieszliglich muss man alle 100 ml die Zeit stoppen

Experiment zur gleichfoumlrmigen Bewegung eines Leuchtpunktes

auf einem Bildschirm Das Oszilloskop(Referentinnen Alexandra Fenk und Mareike Leinich)

Das Oszilloskop ist ein elektronisches Messgeraumlt zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes

einer Spannung Das Oszilloskop stellt einen Verlaufsgraphen auf einem Bildschirm dar

wobei uumlblicherweise die (horizontale) X-Achse (Abszisse) die Zeitachse ist und die

Spannungen auf der (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) abgebildet werden Das so entstehende

Bild wird als Oszillogramm bezeichnet

In einem Versuch kann man zeigen dass die Bewegung des Leuchtpunktes auf dem

Bildschirm eine gleichfoumlrmige Bewegung ist

Um das zu zeigen sollten mehrere Stoppuhren an die Schuumller verteilt werden Dann koumlnnen

die Schuumller die Zeit stoppen die der Leuchtpunkt fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigt Es

zeigt sich dass der Leuchtpunkt fuumlr gleichlange Strecken immer die gleiche Zeit benoumltigt er

bewegt sich also gleichfoumlrmig

Bei jedem Versuch kann man die Amplitude und die Frequenz individuell einstellen so dass

man das optimale Bild fuumlr die Schuumller erreicht

Bei unserem Versuch haben wir die Amplitude und die Frequenz moumlglichst klein eingestellt

damit es so aussieht als wuumlrde der Leuchtpunkt waagerecht uumlber den Bildschirm laufen da

es so einfacher war die Zeit fuumlr einen Bildschirmdurchlauf zu messen

verstellt werden Die Wagen die auf der Schiene gleiten sind veraumlnder- und erweiterbar ZB koumlnnen sie uumlber eine Schnur und Gewichte verschieden beschleunigt werden ihre Massen koumlnnen variiert werden etc Mit den Messmodulen und der Auswertungssoftware von CASSY laumlsst sich der Versuchsaufbau leicht ausbauen (Einstellungen koumlnnen uumlber CASSY geladen werden das sei besonders bei Impulserhaltung empfohlen)

Vor- und NachteileDie Luftkissenbahn ist sehr vielseitig An ihr koumlnnen Zusammenhaumlnge zwischen diversen Groumlszligen veranschaulicht werden Das Phaumlnomen der Reibung kann in Gegenuumlberstellung zu nicht reibungsfreien Versuchen herausgearbeitet werden Fehlerdiskussion und die Hinfuumlhrung zu physikalischen Arbeitsmethoden bieten sich an

Der bdquoumgekehrte Staubsaugerldquo sieht nicht nur so aus sondern er verhaumllt sich auch dementsprechend Eingeschaltet ist er so laut dass Ausfuumlhrungen des Lehrers kaum noch moumlglich sind Durch den Laborcharakter der Luftkissenbahn verlieren die Experimente den Alltagsbezug Meistens werden sie nur vom Lehrer vorgefuumlhrt (geringe Schuumllerbeteiligung moumlglich weil nur ein Exemplar vorhanden) Der Weg der Messwerterfassung mag sich als eine Blackbox darstellen wenn beispielsweise die Funktionsweise von Lichtschranken nicht klar ist

Fuumlllstand eines Messbechers als Beispiel fuumlr eine gleichfoumlrmige Bewegung

Referentinnen Marion Bergmann und Katharina ReiningDatum 23062007

Thema Gleichfoumlrmige Bewegung

Eine gleichfoumlrmige Bewegung ist ein Vorgang bei dem sich die Geschwindigkeit zeitlich nicht aumlndert Die Beschleunigung ist also null Dies gilt beispielsweise beim befuumlllen eines Messbechers mit Wasser oder beim stationaumlren Sinken eines Koumlrpers in einer Fluumlssigkeit Hier liegt ein Vorgang mit konstanter Geschwindigkeit vor Folglich werden dann in gleichen Zeitintervallen jeweils uumlbereinstimmend lange Streckenabschnitte zuruumlckgelegt Dazu gehoumlrt also ein linearer Weg-Zuwachs Theoretisch haumltten sich in unserem Versuch folgende graphische Darstellungen ergeben muumlssen

Praktischer Teil

Experiment Das Befuumlllen eines Messbechers

Versuchsmaterialien 2 durchsichtige Messbecher (je 1 Liter)Wasser 1 Stoppuhr eine ruhige Hand

Versuchsaufbau + VersuchsdurchfuumlhrungEiner der Messbecher wird vor dem Experiment mit Wasser befuumlllt Dieses Wasser wird versucht gleichmaumlszligig in den zweiten Messbecher umzuschuumltten Alle 100 ml wird die Zeit gestoppt

VersuchsbeobachtungDadurch dass man per Hand das Wasser umschuumlttet entstehen leichte Zeitverzoumlgerungen sodass nicht alle 100 ml die gleiche Zeitdifferenz entsteht Trotzdem ist das Ergebnis relativ gleichfoumlrmig

Versuchsergebnis

Fuumlllhoumlhe (in ml) Zeit (in Sekunden)100 22200 47300 72400 90500 110600 123700 148800 160900 1761000 194

Zeile 2 Zeile 3 Zeile 4 Zeile 5 Zeile 6 Zeile 7 Zeile 8 Zeile 9 Zeile 10 Zeile 11 Zeile 120

1

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Fuumlllhoumlhe (in ml)

Zeit

(in

sec)

Dieser Versuch eignet sich in leichter Umwandlung auch als Uumlbung zum Lesen und Zuordnen von Graphen

1) In einen Messbecher wird ein kompakter Gegenstand gestellt und dann gleichmaumlszligig mit Wasser befuumlllt Wie veraumlndert sich das Weg-Zeit Diagramm

2) Statt eines Messbechers werden andere zu befuumlllende Gegenstaumlnde gewaumlhlt (z B Stehkolben Standzylinder Wanne etc) welche eine Skalierung in ml besitzen Wie koumlnnte ein Weg-Zeit Diagramm fuumlr dieses Gefaumlszlig bei gleichmaumlszligiger Befuumlllung aussehen Uumlberpruumlfe deine VermutungMan kann auch den Schuumllerinnen und Schuumllern verschiedene Diagramme zeigen Welches Weg-Zeit Diagramm gehoumlrt zu welchem Gefaumlszlig

3) Um eine wirklich gleichfoumlrmige Bewegung zu erhalten koumlnnte man auch einen Schlauch an einen Wasserhahn anschlieszligen und so ein Gefaumlszlig befuumlllen Dadurch ist die Flieszliggeschwindigkeit konstant Was passiert wenn man den Wasserhahn mehr weniger aufdreht Also das Wasser schneller langsamer einflieszligen laumlsst

Vor- und NachteileEin Vorteil dieses Versuchs ist natuumlrlich dass Versuche mit Wasser stets gefahrlos durchfuumlhrbar sind Auszligerdem ist Wasser guumlnstig und leicht beschaffbar Trotzdem waumlre es sicherlich nicht schlecht wenn man das Wasser im Vorfeld einfaumlrben wuumlrde (zum Beispiel mit Lebensmittelfarben) um es besser sichtbar zu machen schlieszliglich muss man alle 100 ml die Zeit stoppen

Experiment zur gleichfoumlrmigen Bewegung eines Leuchtpunktes

auf einem Bildschirm Das Oszilloskop(Referentinnen Alexandra Fenk und Mareike Leinich)

Das Oszilloskop ist ein elektronisches Messgeraumlt zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes

einer Spannung Das Oszilloskop stellt einen Verlaufsgraphen auf einem Bildschirm dar

wobei uumlblicherweise die (horizontale) X-Achse (Abszisse) die Zeitachse ist und die

Spannungen auf der (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) abgebildet werden Das so entstehende

Bild wird als Oszillogramm bezeichnet

In einem Versuch kann man zeigen dass die Bewegung des Leuchtpunktes auf dem

Bildschirm eine gleichfoumlrmige Bewegung ist

Um das zu zeigen sollten mehrere Stoppuhren an die Schuumller verteilt werden Dann koumlnnen

die Schuumller die Zeit stoppen die der Leuchtpunkt fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigt Es

zeigt sich dass der Leuchtpunkt fuumlr gleichlange Strecken immer die gleiche Zeit benoumltigt er

bewegt sich also gleichfoumlrmig

Bei jedem Versuch kann man die Amplitude und die Frequenz individuell einstellen so dass

man das optimale Bild fuumlr die Schuumller erreicht

Bei unserem Versuch haben wir die Amplitude und die Frequenz moumlglichst klein eingestellt

damit es so aussieht als wuumlrde der Leuchtpunkt waagerecht uumlber den Bildschirm laufen da

es so einfacher war die Zeit fuumlr einen Bildschirmdurchlauf zu messen

Praktischer Teil

Experiment Das Befuumlllen eines Messbechers

Versuchsmaterialien 2 durchsichtige Messbecher (je 1 Liter)Wasser 1 Stoppuhr eine ruhige Hand

Versuchsaufbau + VersuchsdurchfuumlhrungEiner der Messbecher wird vor dem Experiment mit Wasser befuumlllt Dieses Wasser wird versucht gleichmaumlszligig in den zweiten Messbecher umzuschuumltten Alle 100 ml wird die Zeit gestoppt

VersuchsbeobachtungDadurch dass man per Hand das Wasser umschuumlttet entstehen leichte Zeitverzoumlgerungen sodass nicht alle 100 ml die gleiche Zeitdifferenz entsteht Trotzdem ist das Ergebnis relativ gleichfoumlrmig

Versuchsergebnis

Fuumlllhoumlhe (in ml) Zeit (in Sekunden)100 22200 47300 72400 90500 110600 123700 148800 160900 1761000 194

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Fuumlllhoumlhe (in ml)

Zeit

(in

sec)

Dieser Versuch eignet sich in leichter Umwandlung auch als Uumlbung zum Lesen und Zuordnen von Graphen

1) In einen Messbecher wird ein kompakter Gegenstand gestellt und dann gleichmaumlszligig mit Wasser befuumlllt Wie veraumlndert sich das Weg-Zeit Diagramm

2) Statt eines Messbechers werden andere zu befuumlllende Gegenstaumlnde gewaumlhlt (z B Stehkolben Standzylinder Wanne etc) welche eine Skalierung in ml besitzen Wie koumlnnte ein Weg-Zeit Diagramm fuumlr dieses Gefaumlszlig bei gleichmaumlszligiger Befuumlllung aussehen Uumlberpruumlfe deine VermutungMan kann auch den Schuumllerinnen und Schuumllern verschiedene Diagramme zeigen Welches Weg-Zeit Diagramm gehoumlrt zu welchem Gefaumlszlig

3) Um eine wirklich gleichfoumlrmige Bewegung zu erhalten koumlnnte man auch einen Schlauch an einen Wasserhahn anschlieszligen und so ein Gefaumlszlig befuumlllen Dadurch ist die Flieszliggeschwindigkeit konstant Was passiert wenn man den Wasserhahn mehr weniger aufdreht Also das Wasser schneller langsamer einflieszligen laumlsst

Vor- und NachteileEin Vorteil dieses Versuchs ist natuumlrlich dass Versuche mit Wasser stets gefahrlos durchfuumlhrbar sind Auszligerdem ist Wasser guumlnstig und leicht beschaffbar Trotzdem waumlre es sicherlich nicht schlecht wenn man das Wasser im Vorfeld einfaumlrben wuumlrde (zum Beispiel mit Lebensmittelfarben) um es besser sichtbar zu machen schlieszliglich muss man alle 100 ml die Zeit stoppen

Experiment zur gleichfoumlrmigen Bewegung eines Leuchtpunktes

auf einem Bildschirm Das Oszilloskop(Referentinnen Alexandra Fenk und Mareike Leinich)

Das Oszilloskop ist ein elektronisches Messgeraumlt zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes

einer Spannung Das Oszilloskop stellt einen Verlaufsgraphen auf einem Bildschirm dar

wobei uumlblicherweise die (horizontale) X-Achse (Abszisse) die Zeitachse ist und die

Spannungen auf der (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) abgebildet werden Das so entstehende

Bild wird als Oszillogramm bezeichnet

In einem Versuch kann man zeigen dass die Bewegung des Leuchtpunktes auf dem

Bildschirm eine gleichfoumlrmige Bewegung ist

Um das zu zeigen sollten mehrere Stoppuhren an die Schuumller verteilt werden Dann koumlnnen

die Schuumller die Zeit stoppen die der Leuchtpunkt fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigt Es

zeigt sich dass der Leuchtpunkt fuumlr gleichlange Strecken immer die gleiche Zeit benoumltigt er

bewegt sich also gleichfoumlrmig

Bei jedem Versuch kann man die Amplitude und die Frequenz individuell einstellen so dass

man das optimale Bild fuumlr die Schuumller erreicht

Bei unserem Versuch haben wir die Amplitude und die Frequenz moumlglichst klein eingestellt

damit es so aussieht als wuumlrde der Leuchtpunkt waagerecht uumlber den Bildschirm laufen da

es so einfacher war die Zeit fuumlr einen Bildschirmdurchlauf zu messen

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Dieser Versuch eignet sich in leichter Umwandlung auch als Uumlbung zum Lesen und Zuordnen von Graphen

1) In einen Messbecher wird ein kompakter Gegenstand gestellt und dann gleichmaumlszligig mit Wasser befuumlllt Wie veraumlndert sich das Weg-Zeit Diagramm

2) Statt eines Messbechers werden andere zu befuumlllende Gegenstaumlnde gewaumlhlt (z B Stehkolben Standzylinder Wanne etc) welche eine Skalierung in ml besitzen Wie koumlnnte ein Weg-Zeit Diagramm fuumlr dieses Gefaumlszlig bei gleichmaumlszligiger Befuumlllung aussehen Uumlberpruumlfe deine VermutungMan kann auch den Schuumllerinnen und Schuumllern verschiedene Diagramme zeigen Welches Weg-Zeit Diagramm gehoumlrt zu welchem Gefaumlszlig

3) Um eine wirklich gleichfoumlrmige Bewegung zu erhalten koumlnnte man auch einen Schlauch an einen Wasserhahn anschlieszligen und so ein Gefaumlszlig befuumlllen Dadurch ist die Flieszliggeschwindigkeit konstant Was passiert wenn man den Wasserhahn mehr weniger aufdreht Also das Wasser schneller langsamer einflieszligen laumlsst

Vor- und NachteileEin Vorteil dieses Versuchs ist natuumlrlich dass Versuche mit Wasser stets gefahrlos durchfuumlhrbar sind Auszligerdem ist Wasser guumlnstig und leicht beschaffbar Trotzdem waumlre es sicherlich nicht schlecht wenn man das Wasser im Vorfeld einfaumlrben wuumlrde (zum Beispiel mit Lebensmittelfarben) um es besser sichtbar zu machen schlieszliglich muss man alle 100 ml die Zeit stoppen

Experiment zur gleichfoumlrmigen Bewegung eines Leuchtpunktes

auf einem Bildschirm Das Oszilloskop(Referentinnen Alexandra Fenk und Mareike Leinich)

Das Oszilloskop ist ein elektronisches Messgeraumlt zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes

einer Spannung Das Oszilloskop stellt einen Verlaufsgraphen auf einem Bildschirm dar

wobei uumlblicherweise die (horizontale) X-Achse (Abszisse) die Zeitachse ist und die

Spannungen auf der (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) abgebildet werden Das so entstehende

Bild wird als Oszillogramm bezeichnet

In einem Versuch kann man zeigen dass die Bewegung des Leuchtpunktes auf dem

Bildschirm eine gleichfoumlrmige Bewegung ist

Um das zu zeigen sollten mehrere Stoppuhren an die Schuumller verteilt werden Dann koumlnnen

die Schuumller die Zeit stoppen die der Leuchtpunkt fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigt Es

zeigt sich dass der Leuchtpunkt fuumlr gleichlange Strecken immer die gleiche Zeit benoumltigt er

bewegt sich also gleichfoumlrmig

Bei jedem Versuch kann man die Amplitude und die Frequenz individuell einstellen so dass

man das optimale Bild fuumlr die Schuumller erreicht

Bei unserem Versuch haben wir die Amplitude und die Frequenz moumlglichst klein eingestellt

damit es so aussieht als wuumlrde der Leuchtpunkt waagerecht uumlber den Bildschirm laufen da

es so einfacher war die Zeit fuumlr einen Bildschirmdurchlauf zu messen

Experiment zur gleichfoumlrmigen Bewegung eines Leuchtpunktes

auf einem Bildschirm Das Oszilloskop(Referentinnen Alexandra Fenk und Mareike Leinich)

Das Oszilloskop ist ein elektronisches Messgeraumlt zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes

einer Spannung Das Oszilloskop stellt einen Verlaufsgraphen auf einem Bildschirm dar

wobei uumlblicherweise die (horizontale) X-Achse (Abszisse) die Zeitachse ist und die

Spannungen auf der (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) abgebildet werden Das so entstehende

Bild wird als Oszillogramm bezeichnet

In einem Versuch kann man zeigen dass die Bewegung des Leuchtpunktes auf dem

Bildschirm eine gleichfoumlrmige Bewegung ist

Um das zu zeigen sollten mehrere Stoppuhren an die Schuumller verteilt werden Dann koumlnnen

die Schuumller die Zeit stoppen die der Leuchtpunkt fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigt Es

zeigt sich dass der Leuchtpunkt fuumlr gleichlange Strecken immer die gleiche Zeit benoumltigt er

bewegt sich also gleichfoumlrmig

Bei jedem Versuch kann man die Amplitude und die Frequenz individuell einstellen so dass

man das optimale Bild fuumlr die Schuumller erreicht

Bei unserem Versuch haben wir die Amplitude und die Frequenz moumlglichst klein eingestellt

damit es so aussieht als wuumlrde der Leuchtpunkt waagerecht uumlber den Bildschirm laufen da

es so einfacher war die Zeit fuumlr einen Bildschirmdurchlauf zu messen

Sinken eines Koumlrpers in WasserCarolin Kober Susann Roumlwekamp

Was man braucht

bull einen mit Wasser gefuumlllten Standzylinder

bull Gegenstaumlnde die auf Wasser schwimmen (Stuumlck Holz Korken)

bull Gegenstaumlnde die in Wasser untergehen (Stein Metalle)

bull Gegenstaumlnde die langsam in Wasser untergehen (Dinge die sich langsam mit Wasser voll saugen)

bull (Metronom + Edding)

Versuchsaufbau

Korken Stein Stuumlck Stoff

Durchfuumlhrung

Gegenstaumlnde nacheinander in den mit Wasser gefuumlllten Standzylinder legen und die Sinkgeschwindigkeit beobachten und ggf ausrechnen mittels Metronom und Edding mit dem man den zuruumlckgelegten Weg der Gegenstaumlnde in gewisser Zeit markiertWas faumlllt auf

Beobachtung Die Gegenstaumlnde sinken unterschiedlich schnell Der Stein sinkt am schnellsten das Stuumlck Stoff geht langsam unter und fuumlhrt dabei eine annaumlhernd geradlinige gleichfoumlrmige Bewegung durch Der Korken schwimmt auf der Wasseroberflaumlche

Bei Ausfuumlhrung des Versuches an Luft kann man beobachten dass alle Gegenstaumlnde aufgrund der Schwerkraft mit etwa der gleichen Beschleunigung naumlmlich 98ms2 ziemlich schnell zu Boden fallen

Auswertung

Allgemein kann man sagen dass die Gegenstaumlnde aufgrund der Auftriebskraft die entgegen der Schwerkraft wirkt in Wasser langsamer sinken als dass sie in Luft zu Boden fallenBei dem Korken ist die Auftriebskraft groumlszliger als die Schwerkraft dh der Korken schwimmtDer Stein sinkt da seine Dichte groumlszliger ist als die Dichte von Wasser Bei ihm ist die Schwerkraft (Fg = m iquest g) groumlszliger als die Auftriebskraft durch die er aber dennoch gebremst wird Daher ist seine Fallgeschwindigkeit kleiner als die in LuftDas Stuumlck Stoff sinkt annaumlhernd geradlinig gleichfoumlrmig dh seine Sinkgeschwindigkeit ist annaumlhernd konstant die Beschleunigung ist fast gleich Null

Hintergrund

Mit Auftrieb wird eine Kraft bezeichnet die eine Fluumlssigkeit oder ein Gas auf einen Koumlrper (oder auf ein Gasvolumen) ausuumlbt Eine physikalisch gesehen gleiche Kraft wie der Auftrieb die aber in die entgegengesetzte Richtung wirkt nennt man AbtriebAuftriebsartenMan unterscheidet den entgegen der Schwerkraft wirkenden statischen Auftrieb vom rechtwinklig zur Anstroumlmung wirkenden dynamischen Auftrieb

Der statische Auftrieb ist eine Kraft die entgegen der Schwerkraft wirkt Auftrieb entsteht wenn sich ein Koumlrper in einem Fluid (also einer Fluumlssigkeit oder einem Gas) befindet es also verdraumlngt Dieser Effekt wird mit dem Archimedischen Prinzip beschrieben

Formel

Fuumlr die Auftriebskraft gilt

Dabei ist V das verdraumlngte Fluid-Volumen ρ ist dessen Dichte Rho also ist die verdraumlngte

Masse und ihre Gewichtskraft Das Archimedische Prinzip ist also erfuumlllt

Beispiel fuumlr statischen AuftriebBallons steigen auf weil sie mit einem Traggas (Helium oder heiszlige Luft) gefuumlllt sind das eine geringere Dichte hat als die umgebende (kalte) Luft

Videoanalyse im Unterrichtvon Leif-E Lange und Eike Andela

A Was brauche ich

1 digitale Videokamera mit Anschlusskabel evtl Stativ 2 PC oder Laptop mit

bull bdquoFirewireldquo-Buchse (fuumlrs Anschlusskabel von Videokameras)bull Video-Bearbeitungsprogramm zB bdquoNeroldquo oder mit der Kamera gelieferte Softwarebull Evtl Videodatei-Konvertierungsprogramm zB bdquoStoikVideoConverterldquobull Videoanalyse-Programm zB bdquoVianaldquo der Uni Essen (download unter

wwwdidaktikphysikuni-essendeviana )3 Beamer etc4 Gute Portion Gluumlck

B Der Ablauf

Schritt 1Der Versuch oder das Experiment wird mit der Videokamera gefilmt Dabei ist besonders darauf zu achten dass die Kamera waumlhrend der Aufnahme nicht bewegt wird die zu analysierende Bewegung in ihrem Bildausschnitt aber voll erfasst Auszligerdem sollte der Film moumlglichst nur von sehr kurzer Dauer sein (zB eine Sekunde) ndash die Sequenz kann aber nachtraumlglich eingeschraumlnkt werdenWenn eine automatische Analyse mit bdquoVianaldquo geplant ist sollte das Messobjekt sich farblich besonders deutlich vom Hintergrund abheben

Schritt 2Das Video wird im PC so bearbeitet dass es dem Videoanalyse-Programm zur Verfuumlgung steht dh als avi-Datei bei Gebrauch von bdquoVianaldquo Eventuell muss die Videodatei konvertiert werden

Schritt 3Das Videoanalyse-Programm wird geoumlffnet und die Videodatei geladen Jetzt laumlsst sich der Filmausschnitt mit den Optionen des Programms bearbeiten und die Analyse graphisch und tabellarisch auswerten

Gerade die Moumlglichkeit ein vorher beobachtetes Experiment kurz darauf in verschiedenen Diagrammen darzustellen koumlnnte fuumlr den Unterricht nuumltzlich sein Wenn der Ablauf erst reibungsfrei funktioniert koumlnnten Experimente gezielt variiert und die physikalischen Zusammenhaumlnge deutlich gemacht werden

C Das Programm bdquoVianaldquo

Groszlige Vorteile von bdquoVianaldquo sind seine Uumlbersichtlichkeit und seine einfache Bedienung Sie erleichtern zum einen die Vorfuumlhrung dieses komplexen Unterrichtsaufbaus und ermoumlglichen zum anderen auch Schuumllern mit relativ wenig Erfahrung an Computern selbststaumlndiges Arbeiten mit dem Programm (Ob die Schuumller allerdings auch zur Dateikonvertierung etc faumlhig sind ist die naumlchste Fragehellip) Das Programm ist schnell und vor allem kostenlos heruntergeladen und duumlrfte auch noch eine Weile unter dem Link zu finden sein Auf der angegeben Homepage findet sich auszligerdem eine Schritt-fuumlr-Schritt-Anleitung zur Anwendung des ProgrammsLeider kann das Programm ausschlieszliglich Dateien im avi-Format bearbeiten

Es ist zu bedenken dass Murphyrsquos Law ganz besonders fuumlr dieses Vorhaben gilt

Bei Ausfuumlhrung des Versuches an Luft kann man beobachten dass alle Gegenstaumlnde aufgrund der Schwerkraft mit etwa der gleichen Beschleunigung naumlmlich 98ms2 ziemlich schnell zu Boden fallen

Auswertung

Allgemein kann man sagen dass die Gegenstaumlnde aufgrund der Auftriebskraft die entgegen der Schwerkraft wirkt in Wasser langsamer sinken als dass sie in Luft zu Boden fallenBei dem Korken ist die Auftriebskraft groumlszliger als die Schwerkraft dh der Korken schwimmtDer Stein sinkt da seine Dichte groumlszliger ist als die Dichte von Wasser Bei ihm ist die Schwerkraft (Fg = m iquest g) groumlszliger als die Auftriebskraft durch die er aber dennoch gebremst wird Daher ist seine Fallgeschwindigkeit kleiner als die in LuftDas Stuumlck Stoff sinkt annaumlhernd geradlinig gleichfoumlrmig dh seine Sinkgeschwindigkeit ist annaumlhernd konstant die Beschleunigung ist fast gleich Null

Hintergrund

Mit Auftrieb wird eine Kraft bezeichnet die eine Fluumlssigkeit oder ein Gas auf einen Koumlrper (oder auf ein Gasvolumen) ausuumlbt Eine physikalisch gesehen gleiche Kraft wie der Auftrieb die aber in die entgegengesetzte Richtung wirkt nennt man AbtriebAuftriebsartenMan unterscheidet den entgegen der Schwerkraft wirkenden statischen Auftrieb vom rechtwinklig zur Anstroumlmung wirkenden dynamischen Auftrieb

Der statische Auftrieb ist eine Kraft die entgegen der Schwerkraft wirkt Auftrieb entsteht wenn sich ein Koumlrper in einem Fluid (also einer Fluumlssigkeit oder einem Gas) befindet es also verdraumlngt Dieser Effekt wird mit dem Archimedischen Prinzip beschrieben

Formel

Fuumlr die Auftriebskraft gilt

Dabei ist V das verdraumlngte Fluid-Volumen ρ ist dessen Dichte Rho also ist die verdraumlngte

Masse und ihre Gewichtskraft Das Archimedische Prinzip ist also erfuumlllt

Beispiel fuumlr statischen AuftriebBallons steigen auf weil sie mit einem Traggas (Helium oder heiszlige Luft) gefuumlllt sind das eine geringere Dichte hat als die umgebende (kalte) Luft

Videoanalyse im Unterrichtvon Leif-E Lange und Eike Andela

A Was brauche ich

1 digitale Videokamera mit Anschlusskabel evtl Stativ 2 PC oder Laptop mit

bull bdquoFirewireldquo-Buchse (fuumlrs Anschlusskabel von Videokameras)bull Video-Bearbeitungsprogramm zB bdquoNeroldquo oder mit der Kamera gelieferte Softwarebull Evtl Videodatei-Konvertierungsprogramm zB bdquoStoikVideoConverterldquobull Videoanalyse-Programm zB bdquoVianaldquo der Uni Essen (download unter

wwwdidaktikphysikuni-essendeviana )3 Beamer etc4 Gute Portion Gluumlck

B Der Ablauf

Schritt 1Der Versuch oder das Experiment wird mit der Videokamera gefilmt Dabei ist besonders darauf zu achten dass die Kamera waumlhrend der Aufnahme nicht bewegt wird die zu analysierende Bewegung in ihrem Bildausschnitt aber voll erfasst Auszligerdem sollte der Film moumlglichst nur von sehr kurzer Dauer sein (zB eine Sekunde) ndash die Sequenz kann aber nachtraumlglich eingeschraumlnkt werdenWenn eine automatische Analyse mit bdquoVianaldquo geplant ist sollte das Messobjekt sich farblich besonders deutlich vom Hintergrund abheben

Schritt 2Das Video wird im PC so bearbeitet dass es dem Videoanalyse-Programm zur Verfuumlgung steht dh als avi-Datei bei Gebrauch von bdquoVianaldquo Eventuell muss die Videodatei konvertiert werden

Schritt 3Das Videoanalyse-Programm wird geoumlffnet und die Videodatei geladen Jetzt laumlsst sich der Filmausschnitt mit den Optionen des Programms bearbeiten und die Analyse graphisch und tabellarisch auswerten

Gerade die Moumlglichkeit ein vorher beobachtetes Experiment kurz darauf in verschiedenen Diagrammen darzustellen koumlnnte fuumlr den Unterricht nuumltzlich sein Wenn der Ablauf erst reibungsfrei funktioniert koumlnnten Experimente gezielt variiert und die physikalischen Zusammenhaumlnge deutlich gemacht werden

C Das Programm bdquoVianaldquo

Groszlige Vorteile von bdquoVianaldquo sind seine Uumlbersichtlichkeit und seine einfache Bedienung Sie erleichtern zum einen die Vorfuumlhrung dieses komplexen Unterrichtsaufbaus und ermoumlglichen zum anderen auch Schuumllern mit relativ wenig Erfahrung an Computern selbststaumlndiges Arbeiten mit dem Programm (Ob die Schuumller allerdings auch zur Dateikonvertierung etc faumlhig sind ist die naumlchste Fragehellip) Das Programm ist schnell und vor allem kostenlos heruntergeladen und duumlrfte auch noch eine Weile unter dem Link zu finden sein Auf der angegeben Homepage findet sich auszligerdem eine Schritt-fuumlr-Schritt-Anleitung zur Anwendung des ProgrammsLeider kann das Programm ausschlieszliglich Dateien im avi-Format bearbeiten

Es ist zu bedenken dass Murphyrsquos Law ganz besonders fuumlr dieses Vorhaben gilt

Videoanalyse im Unterrichtvon Leif-E Lange und Eike Andela

A Was brauche ich

1 digitale Videokamera mit Anschlusskabel evtl Stativ 2 PC oder Laptop mit

bull bdquoFirewireldquo-Buchse (fuumlrs Anschlusskabel von Videokameras)bull Video-Bearbeitungsprogramm zB bdquoNeroldquo oder mit der Kamera gelieferte Softwarebull Evtl Videodatei-Konvertierungsprogramm zB bdquoStoikVideoConverterldquobull Videoanalyse-Programm zB bdquoVianaldquo der Uni Essen (download unter

wwwdidaktikphysikuni-essendeviana )3 Beamer etc4 Gute Portion Gluumlck

B Der Ablauf

Schritt 1Der Versuch oder das Experiment wird mit der Videokamera gefilmt Dabei ist besonders darauf zu achten dass die Kamera waumlhrend der Aufnahme nicht bewegt wird die zu analysierende Bewegung in ihrem Bildausschnitt aber voll erfasst Auszligerdem sollte der Film moumlglichst nur von sehr kurzer Dauer sein (zB eine Sekunde) ndash die Sequenz kann aber nachtraumlglich eingeschraumlnkt werdenWenn eine automatische Analyse mit bdquoVianaldquo geplant ist sollte das Messobjekt sich farblich besonders deutlich vom Hintergrund abheben

Schritt 2Das Video wird im PC so bearbeitet dass es dem Videoanalyse-Programm zur Verfuumlgung steht dh als avi-Datei bei Gebrauch von bdquoVianaldquo Eventuell muss die Videodatei konvertiert werden

Schritt 3Das Videoanalyse-Programm wird geoumlffnet und die Videodatei geladen Jetzt laumlsst sich der Filmausschnitt mit den Optionen des Programms bearbeiten und die Analyse graphisch und tabellarisch auswerten

Gerade die Moumlglichkeit ein vorher beobachtetes Experiment kurz darauf in verschiedenen Diagrammen darzustellen koumlnnte fuumlr den Unterricht nuumltzlich sein Wenn der Ablauf erst reibungsfrei funktioniert koumlnnten Experimente gezielt variiert und die physikalischen Zusammenhaumlnge deutlich gemacht werden

C Das Programm bdquoVianaldquo

Groszlige Vorteile von bdquoVianaldquo sind seine Uumlbersichtlichkeit und seine einfache Bedienung Sie erleichtern zum einen die Vorfuumlhrung dieses komplexen Unterrichtsaufbaus und ermoumlglichen zum anderen auch Schuumllern mit relativ wenig Erfahrung an Computern selbststaumlndiges Arbeiten mit dem Programm (Ob die Schuumller allerdings auch zur Dateikonvertierung etc faumlhig sind ist die naumlchste Fragehellip) Das Programm ist schnell und vor allem kostenlos heruntergeladen und duumlrfte auch noch eine Weile unter dem Link zu finden sein Auf der angegeben Homepage findet sich auszligerdem eine Schritt-fuumlr-Schritt-Anleitung zur Anwendung des ProgrammsLeider kann das Programm ausschlieszliglich Dateien im avi-Format bearbeiten

Es ist zu bedenken dass Murphyrsquos Law ganz besonders fuumlr dieses Vorhaben gilt

Die Fallschnur von Sonja Lindmuumlller

Freihandversuch zur Beschleunigung - Freier Fall

Ziel des VersuchsDemonstrieren des Zusammenhangs zwischen Fallzeit und der beim Fallen zuruumlck gelegten Strecke Der freie Fall als Beispiel fuumlr eine gleichmaumlszligig beschleunigte Bewegung

Problem Die Gesetzmaumlszligigkeit gilt streng genommen nur fuumlr den Fall das kein Luftwiderstand existiert Aber da der Versuch als Freihandversuch ausgelegt ist die fallen gelassenen Gewichtsstuumlcke alle die gleiche Masse besitzen und die bdquogemessenenldquo Zeitspannen geschaumltzt werden kann diese Voraussetzung vernachlaumlssigt werden

Benoumltigtes Materialbull Duumlnner fester Faden (zB Angelschnur Zwirn)bull 12 ndash 16 Schrauben -muttern Knoumlpfe oder aumlhnlichesbull Leere Blechdose (Konserve Keksdose)bull Schere Maszligband evtl Klebefilm

AufbauEs sind zwei Fallschnuumlre zum Vergleichen anzufertigenEine Schraubenmutter wird an das Ende des Bindfadens geknotet Die naumlchsten 5 (bzw mehr Schraubenmuttern) sind so an die Schnur zu knoten dass die Abstaumlnde zwischen den Schraubenmuttern sich wie 1357hellip verhaltenBeispiel 5cm + 15cm + 25cm + 35cm + 45cm + 55cm = 180cm

Die zweite Fallschnur hat die gleiche Laumlnge wie die Erste an ihr wird die gleiche Anzahl von Schraubenmuttern so verteilt dass die Abstaumlnde zwischen den Schraubenmuttern gleich sind

DurchfuumlhrungDie Schnur wird so weit uumlber den Boden gehalten dass die erste Schraubenmutter gerade noch den Boden beruumlhrt

Aufgrund der Laumlnge der Schnur ist es am einfachsten wenn der Versuch im Treppenhaus stattfindet Dann koumlnnen die Abstaumlnde entsprechend vergroumlszligert werden um die Zeitdifferenzen zwischen den einzelnen Aufschlaumlgen deutlicher hervor zu heben Das Treppenhaus hat zu gleich gegenuumlber einen bdquoFreiluftversuchldquo den Vorteil dass kein Wind das Resultat beeinflusst

Unter die erste Schraubenmutter wird die Blechdose gestelltLaumlsst man die erste Schnur fallen so sind die Zeitspannen zwischen den einzelnen Aufschlaumlgen der Schraubenmuttern konstant Bei der zweiten Schnur werden die Zeitspannen immer kuumlrzer

ErklaumlrungFuumlr den zuruumlck gelegten Weg beim Freien Fall gilt

s(t) = frac12 g t2 mit g = oumlrtliche Fallbeschleunigung

nach Umstellen ergibt sich fuumlr die Zeit t

t(s) = 2sg

Nach dem Loslassen der Schnuumlre fallen die Schraubenmuttern alle gleichzeitig Fuumlr die Zeit t bedeutet das unter der Bedingung von konstanten Zeitspannen

t1 t2 t3 hellip = 1 2 3 hellip

so das fuumlr die Abstaumlnde der Schraubenmuttern gilt

s1 s2 s3 hellip = 1 4 9 hellip

Bei der zweiten Schnur (gleiche Abstaumlnde zischen den Schraubenmuttern) gilt fuumlr die Abstaumlnde

s1 s2 s3 hellip = 1 2 3 hellip

Schlussfolgernd laumlsst sich fuumlr die Zeitspannen t festlegen das gilt

t1 t2 t3 hellip = 1 radic2 radic3 hellip

Unter die erste Schraubenmutter wird die Blechdose gestelltLaumlsst man die erste Schnur fallen so sind die Zeitspannen zwischen den einzelnen Aufschlaumlgen der Schraubenmuttern konstant Bei der zweiten Schnur werden die Zeitspannen immer kuumlrzer

ErklaumlrungFuumlr den zuruumlck gelegten Weg beim Freien Fall gilt

s(t) = frac12 g t2 mit g = oumlrtliche Fallbeschleunigung

nach Umstellen ergibt sich fuumlr die Zeit t

t(s) = 2sg

Nach dem Loslassen der Schnuumlre fallen die Schraubenmuttern alle gleichzeitig Fuumlr die Zeit t bedeutet das unter der Bedingung von konstanten Zeitspannen

t1 t2 t3 hellip = 1 2 3 hellip

so das fuumlr die Abstaumlnde der Schraubenmuttern gilt

s1 s2 s3 hellip = 1 4 9 hellip

Bei der zweiten Schnur (gleiche Abstaumlnde zischen den Schraubenmuttern) gilt fuumlr die Abstaumlnde

s1 s2 s3 hellip = 1 2 3 hellip

Schlussfolgernd laumlsst sich fuumlr die Zeitspannen t festlegen das gilt

t1 t2 t3 hellip = 1 radic2 radic3 hellip