Die gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung aus dem

Die gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung aus dem Stillstand
Versuchsaufbau:
(Statt der Schiene wird eine Luftkissenbahn benutzt.)
Versuchsbeschreibung:
Auf einer geneigten Luftkissenbahn führt ein Schlitten eine annähernd gleichmäßig
beschleunigte Bewegung aus. Durch die kleinen Löcher der Schiene der Luftkissenbahn
strömt Luft. Dadurch wird der Schlitten angehoben, so dass er fast ohne Reibung auf der
Schiene entlang gleiten kann. Zu Beginn hält ein Elektromagnet den Schlitten fest. Wird der
der Elektromagnet abgeschaltet, startet der Schlitten und gleichzeitig beginnt die
Zeitmessung. An einem vorher gewählten Ort (Weg s) wird eine Lichtschranke platziert. Am
Schlitten ist ein schmaler Papierstreifen befestigt. Dieser verdunkelt beim Durchfahren der
Lichtschranke die Fotodiode.
Messung des Zeit – Weg – Gesetzes:
Für verschiedene Wege s wird die Zeit t gemessen. Die Zeitmessung beginnt beim Abschalten
des Elektromagneten. Die Zeitmessung endet beim Durchfahren der Lichtschranke.
Messung des Zeit – Geschwindigkeit – Gesetzes:
In den in Messung 1 festgelegten Orten (und damit zu den gemessenen Zeiten t) wird die
Momentangeschwindigkeit bestimmt, indem man die Zeit ∆t misst, die der am Schlitten
befestigte Papierstreifen der Breite ∆s den Lichtweg unterbricht. Die Zeitmessung beginnt,
wenn der Lichtweg unterbrochen wird. Die Zeitmessung endet, wenn das Licht vom
Lichtsender wieder zur Fotodiode gelangt.
Versuchsdurchführung:
Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle 1 ein.
Auswertung:
1.) Zeit – Weg – Gesetz
a) Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle 2 ein. Was für einen Zusammenhang zwischen
Weg s und Zeit t kann man aus den Messwerten ableiten?
b) Zeichnen Sie das Zeit – Weg – Diagramm. Was für einen Zusammenhang zwischen
Weg s und Zeit t kann man anhand des Diagramms vermuten?
c) Zeichen Sie das t² – s – Diagramm. Wird der vermutete Zusammenhang bestätigt?
d) Überprüfen Sie den Zusammenhang rechnerisch in Tabelle 2.
2.) Zeit – Geschwindigkeit – Gesetz
a) Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle 3 ein und berechnen Sie die
Momentangeschwindigkeiten.
Was
für
einen
Zusammenhang
zwischen
Momentangeschwindigkeit v und Zeit t kann man aus den Messwerten ableiten?
b) Zeichnen Sie das Zeit – Geschwindigkeit – Diagramm. Was für einen Zusammenhang
zwischen Momentangeschwindigkeit v und Zeit t kann man anhand des Diagramms
vermuten?
c) Überprüfen Sie den Zusammenhang rechnerisch in Tabelle 3. Was gibt der berechnete
Proportionalitätsfaktor an?
3.) Gesetze der gleichmäßig beschleunigten Bewegung aus dem Stillstand
a) Vergleichen Sie die Mittelwerte der Tabellen 2 und 3.
b) Stellen Sie die Gesetze der gleichmäßig beschleunigten Bewegung auf.
4.) Welche Messfehler beeinflussten die Messungen?
∆s =
Tabelle 1: Messwerte
s in cm
t in s
∆t in s
0
3
5
10
20
30
60
100
Tabelle 2: Zeit – Weg – Gesetz der gleichmäßig beschleunigten Bewegung aus dem Stillstand
s
cm
in
t in s
s in cm
t2 in s2
t
s
0
3
5
10
20
30
60
100
Mittelwert:
Tabelle 3: Zeit – Geschwindigkeit – Gesetz der gleichmäßig beschleunigten Bewegung aus dem Stillstand
Momentangeschwindigkeit
t in s
∆t in s
Mittelwert:
Für eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung eines Körpers aus dem Stillstand gilt:
Zeit – Beschleunigung – Gesetz:
a=
Zeit – Geschwindigkeit – Gesetz: v =
Zeit – Weg – Gesetz:
s=