Der freie Fall, Bestimmung der Erdbeschleunigung g

Research Paper (undergraduate) , 2002 , 10 Pages , Grade: ++ (von - - - bis +++)

Physics - General

Bei diesem Versuch ist der freie Fall mit Hilfe eines Kugelfallgerätes zu messen.
Dies wird durchgeführt, indem man die Fallzeit einer Kugel in Abhängigkeit
von ihrer Höhe bestimmt. Mit diesem Versuch soll bewiesen werden, dass der
freie Fall auf einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung basiert. Außerdem ist
die Fallbeschleunigung g zu ermitteln. Bei dieser Versuchapparatur soll die Fallzeit einer Kugel in Abhängigkeit von
ihrer Höhe bestimmt werden. Der Versuchsaufbau erfolgt
nach Abbildung 1 des Kugelfallgerätes. An
dem Kugelhalter wird eine Kugel eingespannt und mit
dem „Knopf“ zum halten der Kugel festgehalten. Lässt man
selbigen los, so wird die Kugel im freien Fall auf den Erdmittelpunkt
beschleunigt. Direkt beim „Austreten“ der Kugel aus dem Kugelhalter wird der
Schalter S1 ausgelöst und die elektronische Stoppuhr, die die Zeit auf eine
tausendstel Sekunde genau misst, wird gestartet. Nach kurzer
Zeit trifft die Kugel nun auf den Teller auf. Der Teller wird durch
die Kugel hinuntergedrückt und der Schalter S2 wird betätigt.
Durch den Schalter S2 wird die elektronische
Stoppuhr gestoppt, und man erhält die Zeit,
die die Kugel für den freien Fall aus der bestimmten
Fallhöhe benötigt hat. Die Fallhöhe wird per Kurbel am
oberen Teil des Versuchsaufbaus über ein Gewinde eingestellt. An der
Höhenanzeige ist die jeweilige Höhe abzulesen. [...]

Inhaltsverezeichnis

1. Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung

2. Grundlagen

3. Berechnungen

4. Fehlerdiskussion

Aufgabenstellung

Bei diesem Versuch ist der freie Fall mit Hilfe eines Kugelfallgerätes zu messen. Dies wird durchgeführt, indem man die Fallzeit einer Kugel in Abhängigkeit von ihrer Höhe bestimmt. Mit diesem Versuch soll bewiesen werden, dass der freie Fall auf einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung basiert. Außerdem ist die Fallbeschleunigung g zu ermitteln.

1. Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Kugelfallgerät

Bei dieser Versuchapparatur soll die Fallzeit einer Kugel in Abhängigkeit von ihrer Höhe bestimmt werden. Der Versuchsaufbau erfolgt nach Abbildung 1 des Kugelfallgerätes. An dem Kugelhalter wird eine Kugel eingespannt und mit dem „Knopf“ zum halten der Kugel festgehalten. Lässt man selbigen los, so wird die Kugel im freien Fall auf den Erdmittelpunkt beschleunigt. Direkt beim „Austreten“ der Kugel aus dem Kugelhalter wird der Schalter S1 ausgelöst und die elektronische Stoppuhr, die die Zeit auf eine tausendstel Sekunde genau misst, wird gestartet. Nach kurzer Zeit trifft die Kugel nun auf den Teller auf. Der Teller wird durch die Kugel hinuntergedrückt und der Schalter S2 wird betätigt. Durch den Schalter S2 wird die elektronische Stoppuhr gestoppt, und man erhält die Zeit, die die Kugel für den freien Fall aus der bestimmten Fallhöhe benötigt hat. Die Fallhöhe wird per Kurbel am oberen Teil des Versuchsaufbaus über ein Gewinde eingestellt. An der Höhenanzeige ist die jeweilige Höhe abzulesen.

Man beginnt die Messreihe damit, dass man die korrekte Fallhöhe einstellt. Es werden nacheinander 10 verschiedene Fallhöhen benutzt. Sie belaufen sich von 5 cm bis 50 cm. Der freie Fall aus jeder Höhe wird dreimal durchgeführt.

Zu Beginn ist erst einmal der Teller anzuheben, um den Schalter durch das Auftreffen der Kugel auslösen zu können. Dies ist nach jeder Zeitmessung zu wiederholen. Danach wird die elektronische Stoppuhr auf „Null“ eingestellt. Nun ist der „Knopf“ zum halten der Kugel zu drücken. Hierdurch wird die Kugel am Schalter S1 festgehalten. Wird der „Knopf“ losgelassen, fällt die Kugel auf den Teller und stoppt die Stoppuhr. Es ist die Fallzeit abzulesen und in Abhängigkeit von dem Fallweg in eine Tabelle einzutragen.

2. Grundlagen

„Jeder Gegenstand und jede Materiemenge unserer Umwelt werden von der Erde angezogen. Die Größe dieser Erdanziehungskraft wird im täglichen Leben ebenso wie die Materiemenge als „Gewicht“ bezeichnet. Um sie deutlicher als Kraft zu kennzeichnen, verwendet die Physik die Bezeichnung die GewichtskraftAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. Sie ist im Wesentlichen die von der Erdanziehung verursachte Kraft, die jeden Körper in Richtung zum Erdmittelpunkt zu ziehen sucht“ Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Dieses Phänomen, dass alle Körper der Erde zum Erdmittelpunkt gezogen werden, beruht auf der Massenanziehung. Die Massenanziehung beschreibt die Tatsache, „dass alle Köper durch ihre bloße Existenz eine Anziehungskraft aufeinander ausüben.“Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenDa nach dem dritten Newtonschen Axiom folgt, dass jede Kraft eine Gegenkraft besitzt (actio = reactio), zieht die Erde die Körper und die Körper die Erde an. Aufgrund der weitaus höheren Masse der Erde ist die Kraft der Körper auf die Erde aber zu vernachlässigen.

Aufgrund dieser Tatsachen erfährt jeder Körper dieser Erde eine gewisse Beschleunigung in Richtung Erdmittelpunkt. Es ist eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Definition der gleichförmig beschleunigten Bewegung lautet wie folgt: „Gleichförmig beschleunigte Bewegung heißt eine Bewegung deren Momentangeschwindigkeit sich linear mit der Zeit ändert, also v proportional t.“Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hieraus folgt für die Geschwindigkeit v:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hierbei ist Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltendie Anfangsgeschwindigkeit zur Zeit t=0.

Da v proportional zu t ist steigt die Geschwindigkeit linear mit der Zeit an.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für den Weg, der zurückgelegt wird, gilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Weg ist nicht proportional zu der Zeit. Der Weg steigt mit längerer Zeit immer stärker an. (Zeit ist quadratisch) Bei diesem Diagramm handelt es sich um eine Parabel.

[...]

• College: University of Applied Sciences Südwestfalen in Iserlohn
• Grade: ++ (von - - - bis +++)
• Author: Dipl.-Ing. (FH) Daniel Diers (Author)
• Publication Year: 2002
• Pages: 10
• Catalog Number: V20078
• ISBN (eBook): 9783638240680
• Language: German
• Tags: Fall, Bestimmung, Erdbeschleunigung