Physikpraktikum in Klasse 9

Versuchsanleitung

M3: Die Bewegung einer Kugel

(Hinweis: Der Versuch wurde zur Neuerarbeitung der Thematik beschleunigte Bewegung konzipiert.

Aufgaben:

1. Untersuche die Bewegung einer Kugel, die eine geneigte Ebene hinunterrollt!
2. Bestimme die Geschwindigkeit der Kugel auf der Tischebene nach Ablauf von der geneigten Ebene
   a) rechnerisch
   b) experimentell!

Vorbereitung:

1. Wiederhole, was man unter einer gleichförmigen Bewegung versteht!
2. Nenne zwei Beispiele für Körper, die sich gleichförmig bewegen!
3. Nenne die physikalische Bedeutung, das Formelzeichen und die Einheit(en) der Größe "Geschwindigkeit"! Wie lässt sie sich bei einer gleichförmigen Bewegung berechnen?
4. Eine Kugel rollt aus der Ruhe eine geneigte Ebene herab und setzt dann die Bewegung auf waagerechter Strecke (reibungslos) fort. Was müsste gemessen werden, um die Geschwindigkeit der Kugel auf der waagerechten Strecke zu bestimmen?
5. Arbeite den Abschnitt "Durchführung und Auswertung" durch und entwirf eine Tabelle zum Erfassen der Messwerte und der zu berechnenden Werte für die Aufgaben 2 und 3!

Experimentieranordnung:

Durchführung und Auswertung:

1. Baue die Experimentieranordnung entsprechend der Skizze auf und lass die Kugel vom Anfang der Ablaufschiene hinunterrollen!
2. Wie ändert sich offensichtlich die Geschwindigkeit der Kugel
   a) während ihrer Bewegung auf der Ablaufschiene,
   b) während ihrer Bewegung auf der Tischplatte?
3. Stelle die Ablaufschiene auf den vom Lehrer vorgegebenen Neigungswinkel ein! Kennzeichne auf der Ablaufschiene mindestens fünf verschieden lange Strecken!
4. Miss für jede Strecke fünfmal die Zeit, die die Kugel vom Start bis zum Ende der Ablaufschiene benötigt!
5. Berechne aus den fünf Werten den Mittelwert der benötigten Zeit !
   Erfasse Wege, Zeiten und den Mittelwert der Zeit in einer Tabelle!
6. Fertige für die Bewegung der Kugel ein Weg - Zeit - Diagramm an!
7. Vergleiche das entstehende Bild mit Deinen Kenntnissen aus dem Fach Mathematik! Welche Proportionalität zwischen Weg und Zeit liegt vermutlich vor?

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   Die physikalische Größe Beschleunigung gibt an, wie schnell sich die Geschwindigkeit eines Körpers ändert.

   Formelzeichen: a                                          Einheit: 1 m / s²

   Beispiel: Ein Körper ändert seine Geschwindigkeit mit einer Beschleunigung von 1m / s², wenn sich seine Geschwindigkeit in 1s um 1m / s ändert.

   Gleichungen zur Berechnung der Beschleunigung eines Körpers:
    

   

   
   

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8. Berechne aus den zueinander gehörenden Werten von s und t die Beschleunigung der Kugel! Trage die errechneten Werte in die Tabelle ein und berechne den Mittelwert der Beschleunigung!
9. Sicher hast Du bemerkt, dass sich die Geschwindigkeit der Kugel während ihres Ablaufs auf der geneigten Ebene ändert. Deshalb muss man diese mit einer anderen Gleichung als der Dir bekannten berechnen.
10. Die Gleichung zur Berechnung der Geschwindigkeit in diesem Fall lautet:

    

    Berechne mit dem Mittelwert der Beschleunigung die Geschwindigkeit der Kugel am Ende der längsten Ablaufstrecke!

11. Auf der Tischebene bewegt sich die Kugel, wenn man von der Reibung absieht, mit der Geschwindigkeit weiter, die sie am Ende der geneigten Ebene erreicht hat. Diese Geschwindigkeit hast Du im Punkt 6 berechnet.
12. Bestätige diese Geschwindigkeit experimentell! Lass die Kugel die längste Strecke hinabrollen und miss dreimal die Größen, die zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Kugel auf dem Tisch gebraucht werden!
13. Berechne die Geschwindigkeit, die die Kugel auf dem Tisch hat, mit Hilfe der gemessenen Werte!
14. Vergleiche die Geschwindigkeit, die Du im Punkt 8 berechnet hast mit der im Punkt 6 theoretisch ermittelten!
15. Wodurch könnten die (eventuellen) Unterschiede entstanden sein?

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Autoren: H.-J. Hain, U. Hempel, Leipzig