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Physik: Protokoll von Donnerstag den 05.11.2009
2. Block / 10:15 - 11:45 Uhr
Klasse: 39/e4
Lehrer: Herr Winkowski
Protokollführer: Nia Ly, Hans Schlosser
Thema: Kinematik
Schwerpunkt: Freier Fall
Wiederholung der letzten Stunde vom 15.10.2009: Kinematik
1) geradlinig gleichmäßige Bewegung
v = konstant
;
v=
s
t
Weg - Zeit - Diagramm
Weg / s
Eine geradlinig gleichmäßige
Bewegung wird in einem WegZeit-Diagramm als Gerade
dargestellt.
8
7
6
5
4
Da sie durch den Ursprung geht
wird sie auch als Ursprungsgerade
bezeichnet.
3
2
1
0
0
0
,5
1
1
,5
2
2
,5
3
3
,5
4
Der Weg ist direkt proportional zur
Zeit.
Zeit / t
Frage: Ist v = 0 ebenfalls eine gleichförmig lineare Bewegung?
Antwort: Ja, aber eine merkwürdige!
2) gleichmäßig beschleunigte Bewegung
a = konstant
;
v
t
1
at²
s=
2
a=
= Geschwindigkeit - Zeit Gesetz
= Weg - Zeit Gesetz
Weg - Zeit - Diagramm
Weg / s
Die gleichmäßig beschleunigte
Bewegung ergibt eine Parabel.
7
6
5
Parabel in der Physik:
1
at²
s=
2
4
3
2
Parabel in der Mathematik:
y = ax²
1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Zeit / t
Freier Fall
Versuch mit Styroporball zur Klärung der Frage, ob der freie Fall eine "geradlinig gleichförmige
Bewegung", oder eine "gleichmäßig beschleunigte Bewegung" ist.
Skizze:
Versuchsbeschreibung:
Ein Styroporball wird neben einem Lineal losgelassen und der Fall
mit Hilfe einer Kamera mit 30 Einzelbildern pro Sekunde
festgehalten. Nun werden die Bilder, die jeweils eine
Momentaufnahme von einer 30stel Sekunde festhalten, auf den PC
übertragen und von dort zur Ansicht per Beamer an die Wand
projiziert. An Hand der Bilder wird der freie Fall bis zum
Bodenkontakt gemessen und die Daten in einer Tabelle
festgehalten. Anschließend werden die gemessenen Daten in ein
Weg-Zeit-Diagramm übertragen und die Fallbeschleunigung
berechnet.
Messtabelle:
Zeit t in s
0
0,03 0,06 0,09 0,13 0,16 0,19 0,23 0,26 0,29 0,33 0,36 0,39 0,43
Weg s in cm
0
0,5
2
5
10
15
20
26
35
45
56
66
79
Weg - Zeit - Diagramm
Weg / s
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
Zeit / t
92
Antwort: Der Versuch hat ergeben, dass der freie Fall des Styroporballs eine gleichmäßig
beschleunigte Bewegung ist.
Merke: Parabel = gleichmäßig beschleunigte Bewegung.
Berechnung der Fallbeschleunigung [g]:
Wähle einen gut liegenden Punkt aus der Messtabelle und berechne die Fallbeschleunigung [g]
anhand der Weg - Zeit - Gesetz Formel, wobei a durch g ersetzt wird.
Formel:
Gegeben:
s=
1
gt² Einheiten:
2
[g] =
m
s²
t = 0,19s
s = 0,2m
g
Gesucht:
1) Formel nach [g] auflösen:
s=
1
gt²
2
I x2
2s =
gt²
I : t²
g=
2s
t²
2) Einsetzen der zwei ausgewählten Messdaten:
g=
2x0 ,2 m
0,19² s
g=
0,4 m
0,036 s²
g = 11,1
m
s²
3) Antwort: Die Fallbeschleunigung des Styroporballs beträgt 11,1
genaue Messung von [g]:
Berlin:
Äquator:
Nordpol:
m
s²
m
g = 9,80
s²
m
g = 9,82
s²
g = 9,81
m
.
s²
Merke: [g] ist nicht einheitlich. Sie ist abhängig vom Ort an dem man sich befindet. Am Äquator
ist die Fallbeschleunigung am geringsten, weil die Fallbeschleunigung mit zunehmendem
Abstand zum Erdmittelpunkt abnimmt.
Exkursion zur Erddrehung:
Annahme: Die Erde ist eine Kugel.
Eigenschaft: Sie dreht sich um die eigene Achse.
Was passiert?: Sie wird am Äquator ausgebeult und aus der
Kugel wird eine Ellipse.
Die durch die Rotation der Erde um die eigene Achse
entstehende Ellipse wird als Rotationsellipsoid bezeichnet.
Bildquelle: http://www.wirtschaftswandel.de/images/event2008/weltkugel.gif
Exkursion zum freien Fall 1: Sprung vom Tisch
Der Sprung vom Tisch wurde mit Hilfe einer Kamera
mit Zeitlupenfunktion (410fps) aufgenommen und
über den Beamer an der Wand betrachtet.
Exkursion zum freien Fall 2: Ballwurf
2 Personen werfen sich einen Ball zu. Der Vorgang
wurde mit einer Kamera in 30 Einzelbildern
aufgenommen und über dem Beamer betrachtet.
Die Flugbahn wird auch als schiefer Wurf
bezeichnet und ist eine umgekehrte Parabel.
Überblick über die bis jetzt benutzten Formeln:
Formel zur Berechnung der Geschwindigkeit:
Geschwindigkeit =
Weg
Zeit
;
v=
s
t
Formel zur Berechnung des Weges:
Weg = Geschwindigkeit⋅Zeit
;
s = v⋅t
;
t=
Formel zur Berechnung der Zeit:
Zeit =
Weg
Geschwindigkeit
s
v
Formeln für die Beschleunigung:
Geschwindigkeit-Zeit-Gesetz
Geschwindigkeit =
Beschleunigung⋅Zeit
;
v = a⋅t
;
s=
Weg-Zeit-Gesetz
Weg =
1
Beschleunigung⋅Zeit²
2
1
a⋅t² ,
2
Berechnung des freien Falles mit der Fallbeschleunigungsformel:
Weg =
1
Fallbeschleunigung⋅Zeit²
2
;
s=
1
g⋅t²
2
Wichtige Hinweise:
Protokolle herunterzuladen auf der Seite: http://cwkphysikephaseabi39.wordpress.com/
Umfrage beantworten.
Klausurtermin: Donnerstag 26.11.2009
Aufgaben mit Anwendung der Formeln. Auswendig lernen! Diagramme und Messtabelle
auswerten üben.