Analyse von Messwerten

Nun wenden wir uns, wie schon Galileo Galilei, nach der Betrachtung der geneigten Ebene dem freuen Fall zu.

Deine Aufgabe in diesem Kapitel

Für die nächsten Versuche gibt es viele Methoden, um die richtigen Messdaten zu sammeln. Frag deine Lehrerin oder deinen Lehrer, welche Experimentiergeräte du benutzen darfst. Möglich wären zum Beispiel Lichtschranken, ein Bewegungssensor oder eine spezielle Handy-App (wie Phyphox).

Bei jedem Experiment musst du ein Versuchsprotokoll führen. Wenn du nicht mehr genau weißt, wie das geht, schau dir die Überschriften des vorherigen Abschnitts an.

Tipp: Screenshots von Berechnungen in Tabellenkalkulationsprogrammen oder Apps sind eine gute Ergänzung für deine Auswertung. Vergiss nicht, regelmäßig welche zu machen.

WICHTIG: Wenn du dein Handy für die Experimente nutzt, beachte die Sicherheitshinweise, damit dein Handy keinen Schaden erleidet.

Viel Spaß beim Experimentieren!

Experiment 1 – Rollendes Objekt

Führe das Experiment mit der schiefen Ebene aus dem ersten Abschnitt durch, indem du ein passendes rollendes Objekt verwendest.

Vergleiche und diskutiere deine Daten mit denen aus dem ersten Abschnitt und erstelle ein Messprotokoll dazu.
Erweitere das Experiment um mindestens einen weiteren Winkel, der größer als 45° ist, und notiere, was du dabei beobachtest.

Merkwissen

Wenn du den Neigungswinkel der schiefen Ebene immer weiter vergrößerst, ist der Einsatz von Sensoren eine gute Methode, um Messdaten zu sammeln, die den Bewegungsablauf gut wiedergeben.

Experiment 2 – Freier Fall

Galileo Galileis Idee, eine geneigte Ebene zu benutzen um den freien Fall zu erforschen war einfach und doch genial. Er hatte nur nicht die nötigen Messgeräte, um brauchbare Daten aufzuzeichnen. Dir sollte auch aufgefallen sein, dass die Messmethode aus dem ersten Abschnitt bei größeren Winkeln und besonders im Spezialfall von 90° nicht zuverlässig genug ist.

„Akustische Stoppuhren“ (zum Beispiel über die kostenlose App „Phyphox“ verfügbar) oder Lichtschranken bieten die Möglichkeit, für die relativ schnell ablaufende Bewegung möglichst genaue Daten zu sammeln.

Urheber: http://phyphox.org

http://phyphox.org

Cc4

Aufgabe

Denke dir einen Versuchsaufbau mit den dir zur Verfügung stehenden Experimentiergeräten aus, um Messdaten für die Erstellung eines s(t)-Diagramms und eines v(t)-Diagramms für den freien Fall zu sammeln. Führe mehrere Versuchsreihen durch und bestimme die Beschleunigung, die auf das fallende Objekt wirkt.

Merkwissen

Der freie Fall stellt eine beschleunigte Bewegung mit der Beschleunigung g = 9,81 m/s² dar.

Dieser Wert ist nur ein Mittelwert. An verschiedenen Orten auf der Erde und sogar innerhalb Deutschlands würdest du kleine Unterschiede feststellen. Zum Beispiel beträgt der Wert in München, das 550 Meter über dem Meeresspiegel liegt, 9,806987 m/s², während man in Braunschweig einen Wert von 9,812394 m/s² feststellen würde. Für Experimente wie deine spielt das keine große Rolle. Wenn man aber eine sehr genaue Messung durchführen möchte, sind solche Abweichungen wichtig.

Zusatzexperiment – Die Fallschnur

Toll, dass du weiter experimentieren möchtest! Das nächste Experiment wird dir den Zusammenhang zwischen der Fallzeit und dem zurückgelegten Weg bei einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung näherbringen.

Materialien

Lege folgende Materialien bereit:

Langer/dünner Faden (z. B. Anglerschnur etc.),
12–16 Schraubmuttern (oder Ähnliches),
Blechdose,
Schere,
Maßband,
Klebefilm

Aufbau

Für diesen Versuch werden zwei Fallschnüre für einen direkten Vergleich hergestellt. Bei der ersten Fallschnur wird zuerst eine Schraubmutter an eines der Enden geknotet. Danach werden weitere Muttern hinzugefügt, wobei die Abstände zwischen ihnen im Verhältnis 1:3:5:7:... stehen. Wenn der Abstand zwischen den ersten beiden Muttern beispielsweise 5 cm beträgt, ergeben sich folgende Abstände:

5 cm + 15 cm + 25 cm + 35 cm + 45 cm + 55 cm + ... = 180 cm + ...

Die Länge deiner Fallschnüre hängt davon ab, wie viel Platz du zur Verfügung hast. Lässt du sie in einem Treppenhaus fallen, können sie deutlich länger sein als in einem Klassenzimmer. Die zweite Fallschnur hat dieselbe Länge und soll mit derselben Anzahl wie die erste bestückt sein, wobei hier die Schraubmuttern in gleichen Abständen angebracht werden.

Durchführung

Halte die Schnüre so hoch, dass die erste Schraubmutter gerade noch die Blechdose berührt, die unter der Schnur positioniert ist. Dann lasst die Schnüre nacheinander los.

Aufgabe

Führe das Experiment durch, notiere deine Beobachtungen und finde eine Erklärung.