Stellen Sie sich vor, Sie könnten die fundamentalen Gesetze der Physik hautnah erleben und verstehen, wie sie unsere Welt formen. Dieser Bericht entführt Sie in die faszinierende Welt der experimentellen Physik, genauer gesagt, in ein detailliertes Versuchsprotokoll zum Thema Luftkissenfahrbahn. Begleiten Sie Andreas Lückenbach und Michael Klein bei ihren präzisen Untersuchungen zur gleichmäßig beschleunigten Bewegung und zu Stoßversuchen, sowohl elastisch als auch unelastisch. Anhand sorgfältig dokumentierter Messreihen, detaillierter Berechnungen und anschaulicher Diagramme wird die Physik lebendig. Erforschen Sie, wie verschiedene Faktoren die Genauigkeit der Messungen beeinflussen, von der Trägheit der Lichtschranken bis hin zu potenziellen Abweichungen des Bewegungsmeßwandlers. Entdecken Sie die Herausforderungen und Feinheiten bei der Bestätigung der Impulserhaltung und Energieerhaltung in realen Experimenten. Dieses Protokoll ist mehr als nur eine Sammlung von Daten; es ist eine Reise durch den wissenschaftlichen Prozess, die die Bedeutung von Präzision, Fehleranalyse und kritischer Bewertung hervorhebt. Tauchen Sie ein in die Welt der Physik und gewinnen Sie ein tieferes Verständnis für die Prinzipien, die unser Universum regieren. Ideal für Studierende, Physiklehrer und alle, die sich für die Geheimnisse der Naturwissenschaften begeistern und die Freude am Experimentieren und Entdecken teilen. Erleben Sie Physik, die greifbar, verständlich und inspirierend ist. Eine unverzichtbare Lektüre für jeden, der die Welt mit den Augen eines Forschers sehen möchte. Dieses Dokument bietet einen umfassenden Einblick in die Methodik wissenschaftlicher Arbeit und die Bedeutung sorgfältiger Datenerhebung und -auswertung. Lassen Sie sich von der Präzision und dem Detailreichtum dieses Versuchsprotokolls begeistern und erweitern Sie Ihr Wissen über die grundlegenden physikalischen Gesetze. Wagen Sie den Schritt in die Welt der angewandten Physik und entdecken Sie die Schönheit und Eleganz der Naturwissenschaften.
Versuchsprotokoll
Thema des Versuchs: Luftkissenfahrbahn
Datum des Versuchs: Montag, der 13.11.2000
Durchführenden: Andreas Lückenbach, Michael Klein
Teil 1) Gleichmäßig beschleunigte Bewegung
Versuchsaufbau
Auf einer Luftkissenbahn befindet sich ein Wagen. Dieser wird durch eine Schnur, an welcher ein Gewicht hängt und über eine Ablenkrolle nach unten gezogen wird, beschleunigt. An der Luftkissen- bahn befinden sich zwei Lichtschranken und der Wagen wird mit Hilfe eines Elektromagneten in seiner Ausgangsstellung gehalten. Die Lichtschranken sind über eine Cassy-Box an einen PC ange- schlossen.
Versuchsdurchführung
Wir nehmen 5 verschiedene Wegstrecken, bei denen wir unsere Messungen durchführen möchten. Für jede Wegstrecke messen wir jeweils 3 mal die Verdunklungszeit der Lichtschranke mit einem Zuggewicht von 2g und nochmals mit einem Zusatzgewicht von 100g ( auf dem Wagen ) und einem Zuggewicht von 3g.
Anschließend führen wir diese komplette Messung nochmals durch, wir möchten die Geschwindigkeit aber nicht aus der Verdunklungszeit der Lichtschranke ermitteln, sondern über einen Bewegungsmeßwandler, über welchen die Schnur läuft.
Auswertung
1.a) Regressionsgerade und Fehlerrechung
Meßreihe ohne Zusatzgewicht:
Masse des Wagens: 98,11 g
Masse des Zuggewichts: 2 g
Aufgenommene Meßwerte ( ohne Zusatzgewicht ) und errechnete Momentangeschwindigkeit:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Beispielrechnung Momentangeschwindigkeit für 40 cm ohne Zusatzgewicht:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Gemittelte Werte ( ohne Zusatzgewicht ), Standartabweichung:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Regressionsgerade:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Meßreihe mit Zusatzgewicht:
Masse des Wagens: 198,11 g
Masse des Zuggewichts: 3 g
Aufgenommene Meßwerte ( mit Zusatzgewicht ) und errechnete Momentangeschwindigkeit:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Beispielrechnung Standartabweichung für 40 cm mit Zusatzgewicht:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Regressionsgerade:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Regressionsgerade
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1.b) Berechnung der Beschleunigung anhand der Steigung der Regressionsgeraden v2
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Mit dem Zuggewicht m1 = 0,003kg und der Waggenmasse m2 = 0,19811kg
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1.c) Berechnung der Beschleunigung a aus der Gewichtskraft der Zuggewichte und der Masse des Schlitten.
Berechnung der Beschleunigung für Zuggewicht m2 = 0,002g und Waggenmasse m1 = 0,09811 kg:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Berechnung der Beschleunigung für Zuggewicht m2 = 0,003 kg und Wagenmasse m1 = 0,19811 kg:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1.d) Vergleich der gemessenen, der berechneten und der mit Hilfe des Bewegungsmeßwandlers ermittelten Beschleunigungen
Berechnung der Beschleunigung aus den gemittelten Werten mit folgender Formel: Für 40 cm mit Gewicht:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Gemessene Zeiten und berechnete Beschleunigung ( BMW ):
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Vergleich Beschleunigungen ( BMW ) mit denen aus 1.c und 1.b:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
mit Gewicht 0,1517 0,14633 0,1448 0,14761
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1.e) Diskussion der Ergebnisse
- Mögliche Fehlerquellen bei der Messung mit Lichtschranken:
- Der Abstand zwischen den Lichtschranken ist nicht genau
- Trägheit der Lichtschranken
- Die Beschleunigung wurde durch den Auffangteller nicht rechtzeitig unterbrochen
- Die Länge der Blende stimmt nicht genau
Mögliche Fehlerquellen bei der Messung mit BMW:
Meßfehler durch Abweichung des Meßwandlers
Mögliche Fehlerquellen bei der Bestimmung der Meßdaten anhand der Steigung der Geraden:
Die Fehler der Messung aus 1.a spiegeln sich in der Geraden nieder
Die Messung mit dem Bewegungsmeßwandler ergibt die genaueren Meßdaten, da nicht so viele mögliche Fehlerquellen vorhanden sind.
Teil 2) Stoßversuche
2.a) Bestätigung der Impulserhaltung für den elastischen und unelastischen Stoß
Impulserhaltung
Elastischer Stoß:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Da diese Gleichung ungleich Null ist, ist es kein vollkommen elastischer Stoß. Deshalb berechnen wir an dieser Stelle die Stoßzahl k:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Unelastischer Stoß:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Da diese Gleichung ungleich Null ist, ist es kein vollkommen unelastischer Stoß. Deshalb berechnen wir an dieser Stelle die Stoßzahl k:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Energieerhaltung
Elastischer Stoß:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
In unserem Fall berechnen wir die Energiedifferenz DWi, da wir keinen vollkommen elastischen Stoß vorliegen haben.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Unelastischer Stoß:
Häufig gestellte Fragen zum Versuchsprotokoll: Luftkissenfahrbahn
Was ist das Thema dieses Versuchsprotokolls?
Das Thema des Protokolls ist die Luftkissenfahrbahn, insbesondere Experimente zur gleichmäßig beschleunigten Bewegung und Stoßversuchen (elastisch und unelastisch).
Wann wurde der Versuch durchgeführt?
Der Versuch wurde am Montag, den 13.11.2000 durchgeführt.
Wer hat den Versuch durchgeführt?
Den Versuch haben Andreas Lückenbach und Michael Klein durchgeführt.
Was ist der Aufbau des Versuchs zur gleichmäßig beschleunigten Bewegung?
Auf einer Luftkissenbahn befindet sich ein Wagen, der durch ein Zuggewicht über eine Umlenkrolle beschleunigt wird. Zwei Lichtschranken sind mit einem PC verbunden und messen die Zeit, die der Wagen zum Durchfahren benötigt. Ein Elektromagnet hält den Wagen in der Ausgangsposition.
Wie wurde der Versuch zur gleichmäßig beschleunigten Bewegung durchgeführt?
Es wurden 5 verschiedene Wegstrecken gewählt, für die jeweils 3 Messungen der Verdunklungszeit der Lichtschranke mit einem Zuggewicht von 2g und dann mit einem Zusatzgewicht von 100g auf dem Wagen und einem Zuggewicht von 3g durchgeführt wurden. Die Geschwindigkeit wurde sowohl aus der Verdunklungszeit der Lichtschranke als auch mit einem Bewegungsmeßwandler (BMW) ermittelt.
Welche Berechnungen wurden im Teil zur gleichmäßig beschleunigten Bewegung durchgeführt?
Es wurden Regressionsgeraden erstellt, die Beschleunigung anhand der Steigung der Regressionsgeraden berechnet, die Beschleunigung aus der Gewichtskraft der Zuggewichte und der Masse des Schlittens berechnet und die gemessenen, berechneten und mit dem Bewegungsmeßwandler ermittelten Beschleunigungen verglichen.
Welche Fehlerquellen werden bei der Messung mit Lichtschranken genannt?
Mögliche Fehlerquellen sind: ungenauer Abstand der Lichtschranken, Trägheit der Lichtschranken, nicht rechtzeitige Unterbrechung der Beschleunigung durch den Auffangteller und ungenaue Länge der Blende.
Welche Fehlerquellen werden bei der Messung mit dem Bewegungsmeßwandler (BMW) genannt?
Ein möglicher Fehler ist die Abweichung des Messwandlers selbst.
Was wurde im Teil über Stoßversuche untersucht?
Es wurde die Impulserhaltung und Energieerhaltung für elastische und unelastische Stöße untersucht.
Wie wurde die Impulserhaltung für elastische und unelastische Stöße überprüft?
Durch Berechnung der Impulserhaltungsgleichung und anschließender Berechnung der Stoßzahl k, da keine idealen Stöße vorlagen.
Wie wurde die Energieerhaltung für elastische und unelastische Stöße überprüft?
Durch Berechnung der Energiedifferenz DWi für den elastischen Stoß und der Energiedifferenz für den unelastischen Stoß, da keine idealen Stöße vorlagen.
- Quote paper
- Andreas Lückenbach (Author), 2000, Luftkissenbahn, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/98492
