- 1 - Charlotte – WOLFF – Kolleg A 41e4 – Physik Zweites Semester

-1Charlotte – WOLFF – Kolleg
A 41e4 – Physik
Zweites Semester
Lehrer: Lothar WINKOWSKI
Protokoll der Unterrichtsstunde vom 6.1.2012
Protokollantin: Mona Drira
Thema des Semesters:
Thema der Stunde:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Dynamik|Kraft
Wiederholung der Weg-Zeit / Geschwindigkeit-Zeit-Gesetze
Allgemeines
Was kennen wir bereits - Zusammentragen des letzten Semesterinhalts
Wiederholung der Weg–Zeit|Geschwindigkeit–Zeit–Gesetze
Fallbeschleunigung und Fallrohrexperiment
YouTube – Video zum Experiment
Hausaufgabe zu Galileo
1) Allgemeines
•
•
•
Herr Winkowski stellt sich vor
Organisatorisches wird geklärt
Erläuterungen zu den Protokollen
Herr Winkowski unterrichtet seit über 20 Jahren an dieser Schule und zwar Physik,
Mathematik und Informatik.
Wir schreiben in diesem Semester eine Klausur, zu dessen Termin noch keine nähere
Auskunft gegeben worden ist und zu seinem Physikunterricht gehört das führen eines
Protokolls durch jeweils einen Protokollführer. Für die Erstellung unserer Protokolle
haben wir jeweils eine Woche, bzw., wenn Ferien dazwischen liegen, bis zur nächsten
Unterrichtsstunde Zeit. Der Umfang liegt bei 3 bis 6 Seiten.
Herr Winkowskis Emailadresse bei allgemeinen Fragen und für die
Protokollzusendungen:
[email protected]
Diese werden anschließend im Internet auf https://en.wordpress.com und hier
wiederum auf einer jeweils jahrgangsspezifischen Seite veröffentlicht. Für den
Jahrgang A40e-phase ist dies:
http://cwkphysikephaseabi40.wordpress.com
Mittels diesem Link finden wir als Hilfsmittel und als Vorlage die Protokolle des letzten
Jahrgangs. Als weitere Inhalte sind unter anderem Aufgaben und kleine Clips zu
-2diversen physikalischen Bereichen zu entdecken.
2) Was kennen wir bereits?
Da wir uns im zweiten Semester der E-Phase befinden, setzt sich der Kurs
naturgemäß aus Teilnehmern zusammen, die vorher von verschiedenen Lehrern
unterrichtet wurden. Daher trägt Herr Winkowski zunächst alles an der Tafel
zusammen, was uns im ersten Semester gelehrt wurde als da wäre:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Geschwindigkeit
geradlinige gleichförmige Bewegung
gleichmäßig beschleunigte Bewegung
Weg – Zeit – Diagramm
Weg – Zeit – Gesetz
Parabel
Delta
in Zehnerpotenzen rechnen
(Energie angerissen)
(freier Fall)
–
–
–
Experimente
Luftkissenfahrbahn
Schlüssel fallen lassen
Fallröhre
3) Wiederholung der Weg–Zeit|Geschwindigkeit–Zeit–Gesetze
Im ersten Halbjahr haben wir also nach Lehrplan Kinetik|Bewegungslehre
durchgenommen. Im zweiten Halbjahr nehmen wir nun darauf Aufbauend Dynamik|
Kraft durch.
I.
v =0
t =0
II.
s
v=
t
t = 0s
0m
Weg – Zeit - Gesetz
für geradlinig gleichförmige Bewegungen
t = 4s
2m
t = 8s
4m
-3v = 2m/4s
0,5m/s = 0,5 x 3,6km/h
=1,8km/h
s – t – Diagramm
s
t
III.
t = 0s
t = 4s
0m
2m
t = 8s
8m
gleichförmig beschleunigte Bewegung
v
·t
a=
t
v = at
Geschwindigkeit – Zeit - Gesetz
1
s = at ²
2
Weg - Zeit - Gesetz
-4s
t
4)Fallbeschleunigung und Fallrohexperiment
Fallbeschleunigung (hier: ein fallender Schlüssel)
v=0
t = 1s
v = 10m/s
t = 2s
v = 20m/s
Wie groß ist die Beschleunigung?
Gesucht:
Beschleunigung a
Gegeben:
v = 20m/s
t = 2s
Lösung:
v=a·t
a = v/t
Einsetzten:
a=
20m/s
2s
= 10m/s²
|:t
-5genauer: g = 9,81m/s²
g = Gravitationskraft der Erde*
* theoretisch fällt alles gleich schnell zur Erde
Experiment
Fallrohr:
Vakuumpumpe
Gummischlauch
Blei
Feder
Ventil /
Entlüfter
Versuchsaufbau:
Wir verwenden ein längliches Glasrohr, welches am Rohrende zur Seite hin eine
Entlüftervorrichtung hat, die man öffnen und Schließen kann und daran anschließend
einen offenen Flaschenhals besitzt. In diesem Rohr befindet sich ein Stück Blei, ca. 1
cm² groß sowie eine Daune.
An den Hals schließen wir einen Gummischlauch an, welcher an einer Vakuumpumpe
hängt. Die Vakuumpumpe wiederum funktioniert wie ein Staubsauger, welcher die Luft
aus dem Rohr absaugen wird.
Versuchsverlauf:
I. Beim ersten Teil des Versuchs ist die Luftmenge, Temperatur und der Luftdruck
(1013hPa) ganz normal, also Zimmerbedingungen. Das Rohr wird nun senkrecht
gehalten und um 180° gedreht.
Wir Beobachten, dass das Stück Blei deutlich schneller zu Rohrboden fällt, als die
Daune.
II. Nun wird das Entlüfterventil verschlossen und die Vakuumpump kommt zum
Einsatz. Das Rohr wird evakuiert, das ist der Vorgang, bei dem das Vakuum erzeugt
wird. (Dabei halbiert sich jeweils der Luftinhalt des Rohres.) Die Pump läuft ca. 1
Minute. Um ein annähernd vollständiges Vakuum zu erzeugen, bräuchten wir eine
halbe Stunde.
III. Nun wiederholen wir wie in Punkt I. beschrieben den Versuch und drehen das
Rohr senkrecht um 180°.
Wir beobachten, dass nun die Daune und das Stück Blei annähern gleich schnell zu
-6Boden sinken.
Ergebnis:
Somit haben wir Galileos Theorie, nämlich dass alles gleich schnell auf die Erde
niederfällt, unabhängig von Größe und Gewicht, belegt.
m
Die Gravitationsbeschleunigung g der Erde wird durchschnittlich mit 9,81s ² angegeben,
variiert aber je nachdem, ob man sich auf dem Nordpol oder dem Äquator befindet,
leicht.
5) YouTube – Video zum Experiment
Das Video des folgenden Links veranschaulicht noch einmal sehr schön unsere soeben
bewiesene Theorie. Hier lässt ein Astronaut einen Hammer und eine Feder vor sich zu
Boden „fallen“, was bei den herrschenden Bedingungen und dem Vakuum zum Sinken
wird.
http://www.youtube.com/watch?v=5C5_dOEyAfk
Info: Die Fallbeschleunigung des Mondes ist unter anderem auf Grund seiner kleiner
m
Masse viel geringer als auf der Erde, nämlich 1,6 .
s²
6) Hausaufgabe zu Galileo
Auf diesem Wikilink gibt es umfassende Infos zu Galileo Galilei:
http://de.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei
Ansonsten hier die wichtigsten keyfacts:
Galileo Galilei, *15. Februar 1564 in Pisa, †8. Januar 1642 in Arcetri bei Florenz
- G. entstammt einer verarmten Patrizierfamilie (ähnlich Bürgertum)
- italienischer Philosoph, Mathematiker, Physiker, und Astronom; Universalgelehrter
- Entdeckungen der Venusphasen und der Sonnenflecken
- anders als Kepler nahm G. Kreisbahnen statt elliptische Bahnen für das
heliozentrische Weltbild an, ein Irrtum
- beobachtete die zerklüftete Mondlandschaft u.a.m.
- erbaute eigene Teleskope und ein Mikroskop
- gilt als Begründer der modernen mathematischen Naturwissenschaften
- Begründer der Elastizitätstheorie
- erklärte die gleichmäßig beschleunigte Bewegung (Kinematik)
- obwohl gläubiger und vielfach vom Klerus angesehener Katholik und
Naturwissenschaftler, geriet G. immer wieder ins Fadenkreuz der kath. Kirche,
bis schließlich 1633 sein Inquisitionsprozess wegen Ungehorsam eröffnet wurde
- verbrachte die nächsten neun Jahre bis zu seinem Lebensende in Hausarrest
ersann einen Taschenkamm, welchen man als Besteck einsetzten konnte,
entwickelte, einen automatischen Tomatenpflücker, einen Temperaturmesser und
erfand anderes mehr
-7Quellenangaben:
handschriftliches Protokoll
Netzrecherche:
http://cwkphysikephaseabi40.wordpress.com
http://physik-begreifenzeuthen.desy.de/angebote/vakuumlabor/experimente/fallrohr/index_ger.html
http://www.youtube.com/watch?v=5C5_dOEyAfk
http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitation
http://de.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei
Bildnachweis:
http://www.kuhweide.de/wp-content/uploads/Auto-Gezeichnet.jpg
http://www.mindstation.de/wp-content/uploads/2010/11/100_2292-440x319.jpg
http://praktikum.physik.uni-bremen.de/index.php/versuche-mainmenu30/demonstrationsversuche-mainmenu-100/mechanik/174-fallrohr