Station 1: Reibung · Netzwerk Fachliche Unterrichtsentwicklung Physik Leibniz-Gymnasium Essen Mechanik: Das Mausefallenrennen Klasse 8 1 von 1 Station 1: Reibung Lies den beiliegenden

Netzwerk Fachliche Unterrichtsentwicklung Physik Leibniz-Gymnasium Essen

Mechanik Das Mausefallenrennen Klasse 8

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Station 1 Reibung Lies den beiliegenden Informationstext (Quelle Dorn Bader 2 S 129) Fuumlhre folgende Experimente durch Material 7 beschichtete Kloumltzchen mit Oumlse (Masse ca 145g)

- Aluminiumfolie - Styropor - Kunststoff (nicht klebend) - Holz - Band - Pappe - Gummi

2 Kraftmesser 3 Rundholzstaumlbchen Experiment 1 Reibung und Material Ziehe die unterschiedlich beschichteten Holzkloumltzchen (beschichtete Seite nach unten) an dem Kraftmesser gleichmaumlszligig uumlber den Tisch (Gleitreibung) und miss die benoumltigte Kraft F

Experiment 2 Reibung und Masse Miss die Gleitreibung des unbeschichteten Holzkloumltzchens Stapel nach und nach die 7 Kloumltzchen uumlbereinander und miss jeweils die Gleitreibung

Experiment 3 Reibungsarten Miss Haftreibung Gleitreibung und Rollreibung des unbeschichteten Holzkloumltzchens

Bearbeite schriftlich die folgenden Aufgaben 1) Erlaumlutere wie Reibungskraumlfte entstehen 2) Begruumlnde deine Materialwahl fuumlr die Karosserie des Autos 3) Begruumlnde deine Materialwahl fuumlr die Achsen des Autos 4) Begruumlnde deine Materialwahl fuumlr das Reifenprofil fuumlr den Fall dass die Raumlder beim Anfahren durchdrehen

Material Holz Styropor Kunststoff Band Pappe Gummi Aluminium

F in N

Masse 1 Klotz 2 Kloumltze 3 Kloumltze 4 Kloumltze 5 Kloumltze 6 Kloumltze 7 Kloumltze

F in N

Reibungsart Haftreibung Gleitreibung Rollreibung

F in N



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Station 2 Hookesches Gesetz Material

- Kraftmesser - 2 Federn - Mausefalle (mit Maszligstab) - Maszligstab

Experiment Lege die Federn auf den Tisch und miss fuumlr verschiedene Auslenkungen s die Kraft F die fuumlr die Auslenkung benoumltigt wird Beachte bei der Mausefalle Der Kraftmesser muss bei jeder Messung senkrecht zum Spannbuumlgel der Mausefalle gehalten werden s in cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Feder 1 F in N Feder 2 F in N Mausefalle F in N Trage die Messwerte mit unterschiedlichen Farben in das folgende Koordinatensystem ein

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

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3

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6

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9

10

s in cm

F in N

O

Auslenkung



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Bearbeite schriftlich die folgenden Aufgaben 1) Aus dem Koordinatensystem kannst du bei allen drei Federn erkennen Je groumlszliger die Auslenkung desto _______________ ist die benoumltigte Kraft Genauer stellt man fest Doppelte Auslenkung erfordert ________________ Kraft ________________ Auslenkung erfordert dreifache Kraft Zwischen Auslenkung und benoumltigter Kraft herrscht eine _________________ Zuordnung Den Proportionalitaumltsfaktor nennt man Federkonstante In der Physik wird durch die Federkonstante D die Staumlrke einer Feder angegeben Hat eine Feder eine hohe Federkonstante so benoumltigt man zum Spannen der Feder eine hohe Kraft Je steiler die Ausgleichsgerade desto_______________ ist die Federkonstante Der Physiker Robert Hooke (1635-1703) formulierte das folgende Gesetz

sDF 2) Was bedeutet es dass die Ausgleichsgerade zur Messreihe fuumlr die Mausefalle nicht durch den Ursprung des Koordinatensystems verlaumluft 3) Erklaumlre warum das Auto stehen bleiben koumlnnte obwohl die Mausefalle noch nicht vollstaumlndig zugeschnappt ist



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Station 3 Drehmomente und Hebel Wie kann Euer Auto weiter fahren Diese Station soll dir dabei helfen dass dein Auto durch ein paar kleinere Umbauten deutlich weiter faumlhrt Sie besteht aus den folgenden Experimenten die du in dieser Reihenfolge bearbeiten sollst

Uumlberblick Experiment 1 Wie sieht es mit der Reibung aus Experiment 2 Soll das Auto in einem groszligen oder in einem kleinen Gang fahren Experiment 3 Wie lang soll der Hebel sein und wie lang soll das Auto sein Experiment 4 Laumlsst sich die beste Hebellaumlnge ausrechnen Das Hebelgesetz an der Mausefalle Experiment 5 Das Hebelgesetz am Hinterrad



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Experiment 1 Wie sieht es mit der Reibung aus Ziehe dein Auto mit einem Kraftmesser langsam und gleichmaumlszligig uumlber den Boden Falls du noch kein eigenes Auto fertig hast benutze eines der vorgefertigten und mache die Messung mit deinem eigenen Auto spaumlter noch einmal

1) Lies an deinem Kraftmesser ab welche Reibungskraft FReibung auftritt und notiere sie

FReibung = __________ N 2) Begruumlnde warum die Kraft die du auf das Auto ausuumlbst und die der Kraftmesser anzeigt

gleich der Reibungskraft ist die der Boden auf das Auto ausuumlbt Falls FReibung groumlszliger als 01 N ist solltet ihr erst probieren die Reibung zu verringern

Dabei kann dir die Station bdquoReibungldquo helfen Falls die FReibung kleiner als 01 N ist koumlnnt ihr zu den folgenden Experimenten

weitergehen



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Experiment 2 Soll das Auto in einem bdquogroszligenldquo oder in einem bdquokleinenldquo Gang fahren Folgende Aufgabe hat viel Aumlhnlichkeit mit der Mausefallenaufgabe Fahre auf deinem Fahrrad nur mit einer Viertelpedal-Umdrehung aus dem Stand eine moumlglichst weite Strecke Dabei darfst du nur dein Koumlrpergewicht einsetzen also nicht am Lenker ziehen

Probiere alle Gaumlnge durch und lege eine Messwerttabelle an Gang Erreichte Fahrstrecke s in m

Notiere welcher Gang am Besten ist



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Was hat das mit dem Mausefallenauto zu tun

Ordne zu welches Teil am Fahrrad welchem Teil am Mausefallenauto entspricht Beschreibe auch die Unterschiede



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Experiment 3 Wie lang soll das Fahrzeug und wie lang soll der Hebel sein Die Erkenntnisse aus Experiment 2 sollen nun am Auto angewendet werden Bei diesem Experiment sollt ihr mit einem der bereitgestellten Autos experimentieren weil sich diese leicht umbauen lassen Im Experiment 2 habt ihr gemerkt dass der Gang optimal ist mit dem sich das Fahrrad gerade noch in Gang setzt Anders als beim Fahrrad koumlnnt ihr am Auto nicht den Durchmesser der Ritzel (Zahnraumlder) sondern die Laumlnge des Hebels R und den Abstand L von der Mausefalle zur Radachse variieren (siehe Zeichnung)

Finde die Hebellaumlnge R und den Abstand L so dass das Auto am weitesten faumlhrt Hinweis Du kannst zwei Groumlszligen naumlmlich R und L veraumlndern Uumlberlege dir in welcher Reihenfolge du die beiden veraumlndern willst 1) Beschreibe und begruumlnde dein Vorgehen (auf der naumlchsten Seite) 2) Notiere die Laumlngen R und L und die Fahrstrecke s in der Tabelle (auf der naumlchsten Seite)



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Beschreibung und Begruumlndung des Vorgehens Messwerte L in cm R in cm s in m

Ergebnisse Maximale erreichte Fahrstrecke s = __________ m mit Hebellaumlnge R = __________ cm und Fahrzeuglaumlnge L = __________ cm



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Wie laumlsst sich der optimale Hebel ausrechnen An eurem Auto koumlnnt ihr nicht 10 verschiedene Hebellaumlngen und Achsabstaumlnde ausprobieren Es waumlre gut wenn man die optimale Hebellaumlnge ausrechnen koumlnnte Dabei hilft euch das Hebelgesetz Jetzt kannst du eine gute Hebellaumlnge (und Fahrzeuglaumlnge) fuumlr dein Fahrzeug ausrechnen Zunaumlchst zwei Informationen Der Physiker nennt das Produkt aus Kraft F und Hebelarm r (bzw h) das Drehmoment

der Kraft F bezuumlglich des Drehzentrums Dreht ein Drehmoment in die eine Richtung und ein gleich groszliges Drehmoment in die

andere Richtung so aumlndert sich die Drehgeschwindigkeit des Rades nicht Damit das Hinterrad sich gerade dreht muss der Faden ein mindestens gleich groszliges Drehmoment auf die Achse ausuumlben wie der Boden durch die Reibungskraft FReibung Ihr habt im ersten Experiment die Kraft FReibung bestimmt mit der ihr am Wagen ziehen muumlsst damit er sich gleichmaumlszligig bewegt FReibung = __________ N Mit dem Wert der Reibungskraft aus Experiment 1 und dem Radius der Achse rA und des Rads rR koumlnnt ihr jetzt ausrechnen mit welcher Kraft FFaden der Faden an der Achse ziehen muss rA = __________ cm rR = __________ cm Formel rAmiddotFFaden = rRmiddotFReibung

also FFaden = __________ N Suche jetzt durch Ausprobieren die Hebellaumlnge die gerade diese Kraft aufbringt Jetzt kannst du dein Auto gegebenenfalls auf die ausgerechnete Laumlnge umbauen

Dein Auto sollte jetzt weiter fahren



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Experiment 4 Das Hebelgesetz an der Mausefalle Material Mausefalle mit Hebel Kraftmesser Maszligstab Messungen Miss die Kraft F mit der du den Hebel in senkrechter Position in Ruhe halten kannst wenn der Kraftmesser in der Houmlhe h an dem Hebel angreift (siehe Skizze) Trage deine Ergebnisse in die Tabelle ein Bilde jeweils das Produkt aus Houmlhe und Kraft

h in m F in N Fmiddoth in N m

Was faumlllt dir auf Formuliere eine Gesetzmaumlszligigkeit



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Experiment 5 Das Hebelgesetz am Hinterrad Dieselbe Gesetzmaumlszligigkeit tritt auch am angetriebenen Rad der Mausefalle auf Zunaumlchst soll die Situation am Wellrad untersucht werden Material aufgebautes Experiment bdquoWellradldquo Messungen Zieh mit der einen Hand am rechten Gewichtsstuumlck und gleichzeitig mit der anderen Hand an den anderen Gewichtsstuumlcken so dass das Rad im Gleichgewicht bleibt dh sich nicht dreht Lies die zugehoumlrigen Kraumlfte F1 und F2 ab Legt eine Messwerttabelle an Vergleicht die beiden Produkte F1middotr1 und F2middotr2 (r1=25 cm r2 =25 cm)

F1 in N F2 in N F1middotr1 in N m

F2middotr2 in N m

20 2 0050 005




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Station 4 Geschwindigkeitsmessung Fuumlr die Bearbeitung dieser Station muss dein Mausefallenauto fahrbereit sein Dein Mausefallenauto soll moumlglichst weit fahren Ein weiteres Kriterium fuumlr ein leistungsstarkes Auto ist seine Geschwindigkeit Die Geschwindigkeit v eines Koumlrpers ist die von ihm zuruumlckgelegte Wegstrecke s in einer bestimmten Zeit t Wenn du dein Auto beim Fahren beobachtest wirst Du erkennen dass sich seine Geschwindigkeit waumlhrend eines Laufs aumlndert (es wird schneller und langsamer) Da es sehr schwierig ist die momentanen Geschwindigkeiten waumlhrend des Laufs festzustellen wirst du die Durchschnittsgeschwindigkeit messen Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist der Mittelwert aus allen Geschwindigkeiten die auf einer bestimmten Strecke in einer bestimmten Zeit gefahren wurden Sie wird fuumlr die Strecke s und die Zeit t so berechnet

tsv

Fuumlhre dazu folgende Messung durch Material Klebeband Stoppuhren (3x) Messungen Starte dein Mausefallenauto von der Startlinie und miss seine ungefaumlhre maximale Reichweite Markiere die Haumllfte dieser Strecke mit einem Stuumlck Klebeband auf dem Boden als Ziellinie (die Strecke sollte aber mindestens 2 m lang sein sonst wird die Messung zu ungenau) Arbeitet nun mindestens zu zweit wenn moumlglich zu mehreren Einer von euch startet das Auto wieder von der Ziellinie die anderen stoppen jeweils die Zeit mit den Stoppuhren die das Auto benoumltigt Wiederholt die Messung so oft bis ihr fuumlnf Zeiten gemessen habt (es haumlngt also von eurer Gruppengroumlszlige ab wie oft ihr das Auto fahren lassen muumlsst) Berechne nun die Geschwindigkeiten aus den Zeiten und der bekannten Strecke Berechne weiter den Mittelwert v der Geschwindigkeiten Um ein Maszlig fuumlr die Genauigkeit des Mittelwertes zu haben kannst du die sogenannte Spannweite vSp aus dem Maximal- und Minimalwert der Geschwindigkeiten berechnen

minmaxSp vvv

Messung 1 2 3 4 5 v (ms) vSp (ms) s in m

t in s

v in ms



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Station 5 Eine Energiebilanz Voraussetzung Bearbeitung von Station 2 (Hookesches Gesetz) Wie weit kann mein Auto eigentlich theoretisch fahren Euer Auto braucht Energie um gegen die Reibungskraft zu fahren Diese Energie steckt in der aufgezogenen Feder In dieser Station sollt ihr herausfinden wie viel Energie in eurer Feder steckt und wie weit euer Auto damit theoretisch fahren kann Theorie Beim Spannen der Feder steckt ihr Energie in die Feder hinein Allgemein gilt (Buch S 188) Ist die Kraft in Bewegungsrichtung gerichtet laumlsst sich der Betrag der uumlbertragenen Energie bestimmen durch das Produkt aus der Kraft und der zuruumlckgelegten Strecke

Uumlbertragene Energie = Kraft mal zuruumlckgelegte Strecke

sFE

Die Einheiten von Kraft und Energie sind so gewaumlhlt dass gilt

1 J = 1 Nm Jetzt sollst du ausrechnen wie viel Energie du uumlberhaupt zur Verfuumlgung hast Mit deinen Messungen aus der Station Hookesches Gesetz kannst du jetzt ausrechnen wie viel Energie du in die Feder gesteckt hast Das Verfahren wird dir einmal vorgemacht Eine Beispielrechung in der wir Beispielwerte benutzen s in cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 F in N 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Hier tritt das Problem auf dass die Kraft sich dauernd aumlndert Deshalb wird die gesamte Wegstrecke von 10 cm in 10 Teilstrecken unterteilt die die Laumlnge Δs = 1cm haben Auch auf diesen kleinen Stuumlcken aumlndert sich die Kraft noch aber nur noch geringfuumlgig Waumlhrend des ersten Zentimeters steigt die Kraft von 3 auf 4 Newton an Wir benutzten als ungefaumlhren Wert der Kraft 35 N Beim Auslenken von 0 auf 1 cm haben wir also eine Energie von 35 Nmiddot001m =0035 J in die Feder gesteckt Bei der weiteren Auslenkung von 1 cm auf 2 cm stecken wir dann ungefaumlhr 45 Nmiddot001 m = 0045 J in die Feder Fuumlr die Gesamtauslenkung von 0 auf 10 cm muumlssen wir also aufsummieren ΔE = 35 Nmiddot001m + 45 Nmiddot001 m ++125 Nmiddot001 m = 080 J Aufgabe Rechne aus wie viel Energie du ungefaumlhr in deine Mausefalle gesteckt hast ΔE = _____________ J Jetzt zuruumlck zur Praxis Dein Auto benoumltigt Energie die durch Reibung in Waumlrmeenergie umgewandelt wird



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Experiment Ziehe dein Auto mit einem Kraftmesser langsam und gleichmaumlszligig uumlber den Boden Falls du noch kein eigenes Auto fertig hast benutze eines der vorgefertigten und mache die Messung mit deinem eigenen Auto spaumlter noch einmal

Lies an deinem Kraftmesser ab welche Reibungskraft FReibung auftritt und notiere sie FReibung = _____________ N Falls FReibung groumlszliger als 01 N ist solltest du probieren die Reibung zu verringern Dabei kann dir die Station bdquoReibungldquo helfen Jetzt kannst du mit der Formel ΔE= FΔs ausrechnen wie viel Energie du fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigst Fuumllle die Tabelle aus

Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ΔE in J Wie weit kann das Auto mit der Energie der Mausefalle fahren Die Energie der gespannten Mausefalle verliert dein Auto durch Reibung in den Achslagern und mit dem Boden Bestimme wie weit dein Auto mit dieser Energie kommen kann Δs = _________________ m Tatsaumlchlich faumlhrt euer Auto nicht soweit Die Energie wird also nicht nur dazu benutzt um die Reibung zu uumlberwinden Uumlberlege wohin die restliche Energie gesteckt wird Denke dabei auch an den urspruumlnglichen Sinn der Mausefalle



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Station 1 Reibung ndash Musterloumlsung Experiment 1 Reibung und Material Ziehe die unterschiedlich beschichteten Holzkloumltzchen (beschichtete Seite nach unten) an dem Kraftmesser gleichmaumlszligig uumlber den Tisch (Gleitreibung) und miss die benoumltigte Kraft



1) Erlaumlutere wie Reibungskraumlfte entstehen Reibungskraumlfte entstehen durch Verzahnung des gezogenen Gegenstands mit dem Boden 2) Begruumlnde deine Materialwahl fuumlr die Karosserie des Autos Die Karosserie sollte aus einem moumlglichst leichten Material sein da mit steigender Masse auch die Reibungskraft steigt Wir haben uns fuumlr leichtes Holz entschieden da wir das gut verarbeiten koumlnnen 3) Begruumlnde deine Materialwahl fuumlr die Achsen des Autos Die Reibungskraumlfte an den Achsen kann man verringern wenn man zB Aluminiumroumlhrchen verwendet Da wir Holzstaumlbe besser verarbeiten koumlnnen haben wir die Staumlbe mit Aluminiumfolie umwickelt 4) Begruumlnde deine Materialwahl fuumlr das Reifenprofil fuumlr den Fall dass die Raumlder beim Anfahren durchdrehen Das Durchdrehen der Reifen kann man verhindern indem man Gummi fuumlr das Reifenprofil verwendet Da wir das Problem mit den durchdrehenden Reifen nicht hatten haben wir unsere Reifen nicht mehr veraumlndert


F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


F in N 046 027 002



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Station 2 Hookesches Gesetz - Musterloumlsung Folgendes Problem ist eventuell bei deinem Mausefallenauto aufgetreten Das Auto bleibt stehen obwohl die Mausefalle noch nicht vollstaumlndig zugeschnappt ist Material


Durchfuumlhrung Miss fuumlr verschiedene Auslenkungen s die Kraft F die fuumlr die Auslenkung benoumltigt wird Beachte bei der Mausefalle Die Kraft muss senkrecht zum Spannbuumlgel gemessen werden Auslenkung s in cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Feder 1 Kraft in N

Feder 2 Kraft in N

Mausefalle Kraft in N 0 15 19 22 29 32 39 43 45 54 60 65 70 77

Trage die Messwerte mit unterschiedlichen Farben in das folgende Koordinatensystem ein

Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

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7

8

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s in cm

F in N

O



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Aus dem Koordinatensystem kannst du bei allen drei Federn erkennen Je groumlszliger die Auslenkung desto groumlszliger ist die benoumltigte Kraft Genauer stellt man fest Doppelte Auslenkung erfordert doppelte Kraft Dreifache Auslenkung erfordert dreifache Kraft Zwischen Auslenkung und benoumltigter Kraft herrscht eine proportionale Zuordnung Den Proportionalitaumltsfaktor nennt man Federkonstante In der Physik wird durch die Federkonstante D die Staumlrke einer Feder angegeben Hat eine Feder eine hohe Federkonstante so benoumltigt man zum Spannen der Feder eine hohe Kraft Je steiler die Ausgleichsgerade desto groumlszliger ist die Federkonstante Der Physiker Robert Hooke (1635-1703) formulierte das folgende Gesetz

sDF Beantworte folgende Fragen 1) Was bedeutet es dass die Ausgleichsgerade zur Messreihe fuumlr die Mausefalle nicht durch den Ursprung des Koordinatensystems verlaumluft Die Mausefalle ist vorgespannt das bedeutet die Position s = 0 cm entspricht nicht der Ruhelage der Feder 2) Erklaumlre warum das Auto stehen bleiben koumlnnte obwohl die Mausefalle noch nicht vollstaumlndig zugeschnappt ist Damit sich das Mausefallenauto fortbewegen kann muss eine gewisse Reibungskraft uumlberwunden werden Ist die Auslenkung klein kann unter Umstaumlnden die verringerte Kraft der Feder nicht mehr ausreichen um die Reibungskraft zu uumlberwinden



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Station 3 Hebel - Musterloumlsung Zu Experiment 1 Die Werte liegen je nach Bauweise im Bereich zwischen 1 N bis hin zu 10 mN Zu Experiment 2 Zuordnungen Das Kettenblatt entspricht dem Hebel Die Kette entspricht dem Faden Die Achse entspricht der Achse Die Lageenergie des Radfahrers entspricht der Spannenergie der Feder Unterschiede Die Kette liegt immer tangential am Kettenblatt der Faden und der Hebel bilden unterschiedliche Winkel Die Kraft beim Fahrrad bleibt waumlhrend des gesamten Vorgangs gleich naumlmlich die Gewichtskraft die Kraft die die Feder ausuumlbt nimmt ab Zu Experiment 3 Eine Moumlglichkeit waumlre es zunaumlchst hinsichtlich einer Groumlszlige zu optimieren und die andere konstant zu halten und diesen Vorgang dann mit der anderen Groumlszlige zu wiederholen Dieses Verfahren kann man dann iterieren Eine zweite Moumlglichkeit ist es zunaumlchst das Verhaumlltnis von Hebellaumlnge und Fahrzeuglaumlnge zu optimieren (beide sollten ungefaumlhr gleich lang sein) und dann beide parallel zu variieren Mit unseren nicht allzu kunstvoll gebauten Autos haben wir Weiten von 15 m erreicht Zu Experiment 4 Hier sollte das Hebelgesetz herauskommen Fmiddoth = const Das Drehmoment liegt je nach Mausefalle in der Groumlszligenordnung 16 Nmiddotcm Zu Experiment 5 Auch hier wird das Hebelgesetz veranschaulicht F1middotr1=F2middotr2 Zur Rechnung Beispiel FReibung = 30 mN rA = 05 cm rR = 6 cm (Radius einer CD) FFaden =036 N Bei einer Mausefalle mit einem Drehmoment von 16 Nmiddotcm bei einer Auslenkung von π2 ergibt sich eine Hebellaumlnge von ungefaumlhr 45 cm



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Station 4 Geschwindigkeitsmessung - Musterloumlsung Fuumlr die Bearbeitung dieser Station muss dein Mausefallenauto fahrbereit sein Dein Mausefallenauto soll moumlglichst weit fahren Ein weiteres Kriterium fuumlr ein leistungsstarkes Auto ist seine Geschwindigkeit Die Geschwindigkeit v eines Koumlrpers ist die von ihm zuruumlckgelegte Wegstrecke s in einer bestimmten Zeit t Wenn du dein Auto beim Fahren beobachtest wirst Du erkennen dass sich seine Geschwindigkeit waumlhrend eines Laufs aumlndert (es wird schneller und langsamer) Da es sehr schwierig ist die momentanen Geschwindigkeiten waumlhrend des Laufs festzustellen wirst du die Durchschnittsgeschwindigkeit messen Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist der Mittelwert aus allen Geschwindigkeiten die auf einer bestimmten Strecke in einer bestimmten Zeit gefahren wurden Sie wird fuumlr die Strecke s und die gemessene Zeit t so berechnet

tsv


minmaxSp vvv

Messung 1 2 3 4 5 v (ms) vSp (ms) s in m 864

t in s 50 45 50 55 50

v in ms 17 19 17 16 17 17 03



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Station 5 Eine Energiebilanz - Musterloumlsung Hier koumlnnen nur Beispielloumlsungen angegeben werden da die Loumlsungen natuumlrlich von den erhobenen Messwerten abhaumlngen

Spannenergie der Mausefalle aus der Beispielrechnung JE 80 Die Reibungskraumlfte bei den Mausefallenautos liegen je nach Bauweise im Bereich zwischen 1 N bis hin zu 10 mN Wert fuumlr die Beispielrechnung FReibung = 007 N Jetzt kannst du mit der Formel ΔE = FΔs ausrechnen wie viel Energie du fuumlr eine bestimmte Strecke benoumltigst Fuumllle die Tabelle aus

Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105

Nun ergibt sich eine maximale Weite von Δs = ΔEF =08 Nm007 N = 1143 m



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Station 2 Hookesches Gesetz Material


Experiment Lege die Federn auf den Tisch und miss fuumlr verschiedene Auslenkungen s die Kraft F die fuumlr die Auslenkung benoumltigt wird Beachte bei der Mausefalle Der Kraftmesser muss bei jeder Messung senkrecht zum Spannbuumlgel der Mausefalle gehalten werden s in cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Feder 1 F in N Feder 2 F in N Mausefalle F in N Trage die Messwerte mit unterschiedlichen Farben in das folgende Koordinatensystem ein

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

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O

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F2middotr2 in N m

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Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15




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F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


F in N 046 027 002



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Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

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F in N

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t in s 50 45 50 55 50

v in ms 17 19 17 16 17 17 03



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Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105




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F2middotr2 in N m

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Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15




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F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


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Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

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t in s 50 45 50 55 50

v in ms 17 19 17 16 17 17 03



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Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105




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Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15




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F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


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Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

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v in ms 17 19 17 16 17 17 03



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ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105




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F2middotr2 in N m

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t in s

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Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15




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F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


F in N 046 027 002



1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

s in cm

F in N

O



2 von 2





1 von 1




1 von 2


tsv


minmaxSp vvv


t in s 50 45 50 55 50

v in ms 17 19 17 16 17 17 03



2 von 2



Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105




5 von 9






6 von 9





7 von 9





8 von 9





9 von 9








10 von 9






11 von 9



F2middotr2 in N m

20 2 0050 005




1 von 1


tsv


minmaxSp vvv


t in s

v in ms



1 von 2



sFE





2 von 2



Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15




1 von 1






F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


F in N 046 027 002



1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

s in cm

F in N

O



2 von 2





1 von 1




1 von 2


tsv


minmaxSp vvv


t in s 50 45 50 55 50

v in ms 17 19 17 16 17 17 03



2 von 2



Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105




6 von 9





7 von 9





8 von 9





9 von 9








10 von 9






11 von 9



F2middotr2 in N m

20 2 0050 005




1 von 1


tsv


minmaxSp vvv


t in s

v in ms



1 von 2



sFE





2 von 2



Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15




1 von 1






F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


F in N 046 027 002



1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1

2

3

4

5

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7

8

9

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s in cm

F in N

O



2 von 2





1 von 1




1 von 2


tsv


minmaxSp vvv


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ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105




7 von 9





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9 von 9








10 von 9






11 von 9



F2middotr2 in N m

20 2 0050 005




1 von 1


tsv


minmaxSp vvv


t in s

v in ms



1 von 2



sFE





2 von 2



Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15




1 von 1






F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


F in N 046 027 002



1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

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1

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3

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5

6

7

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s in cm

F in N

O



2 von 2





1 von 1




1 von 2


tsv


minmaxSp vvv


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8 von 9





9 von 9








10 von 9






11 von 9



F2middotr2 in N m

20 2 0050 005




1 von 1


tsv


minmaxSp vvv


t in s

v in ms



1 von 2



sFE





2 von 2



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1 von 1






F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


F in N 046 027 002



1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1

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3

4

5

6

7

8

9

10

s in cm

F in N

O



2 von 2





1 von 1




1 von 2


tsv


minmaxSp vvv


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9 von 9








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11 von 9



F2middotr2 in N m

20 2 0050 005




1 von 1


tsv


minmaxSp vvv


t in s

v in ms



1 von 2



sFE





2 von 2



Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15




1 von 1






F in N 027 054 025 027 028 065 022


F in N 027 054 080 105 13 16 19


F in N 046 027 002



1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1

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3

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5

6

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8

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s in cm

F in N

O



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tsv


minmaxSp vvv


t in s 50 45 50 55 50

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Δs in m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105




10 von 9






11 von 9



F2middotr2 in N m

20 2 0050 005




1 von 1


tsv


minmaxSp vvv


t in s

v in ms



1 von 2



sFE





2 von 2



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F in N 027 054 025 027 028 065 022


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1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

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s in cm

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O



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tsv


minmaxSp vvv


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F2middotr2 in N m

20 2 0050 005




1 von 1


tsv


minmaxSp vvv


t in s

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1 von 2



sFE





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1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1

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F in N

O



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tsv


minmaxSp vvv


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1 von 1


tsv


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1 von 2



sFE





2 von 2



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F in N 027 054 025 027 028 065 022


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1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

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s in cm

F in N

O



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tsv


minmaxSp vvv


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sFE





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F in N 027 054 025 027 028 065 022


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F in N 046 027 002



1 von 2




Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

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minmaxSp vvv


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F in N

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minmaxSp vvv


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Feder 2 Kraft in N



Auslenkung

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F in N

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tsv


minmaxSp vvv


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Feder 2 Kraft in N



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O



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minmaxSp vvv


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ΔE in J 007 014 021 028 035 042 049 056 063 07 077 084 091 098 105


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Station 1: Reibung · Netzwerk Fachliche Unterrichtsentwicklung Physik Leibniz-Gymnasium Essen Mechanik: Das Mausefallenrennen Klasse 8 1 von 1 Station 1: Reibung Lies den beiliegenden