Physik 10 · Bewegung und Kräfte
Atwoodsche Fallmaschine
Zwei Körper hängen an einem Seil über einer Rolle. Der Unterschied ihrer Gewichtskräfte, F = Δm · g, treibt das System an, beschleunigt werden aber beide Massen zusammen. Darum läuft die Bewegung viel langsamer ab als der freie Fall, und man kann F = m · a bequem prüfen.
So gehst du vor
- 1Stelle die beiden Massen und die Lichtschranke ein.
- 2Tippe „Loslassen“. Die Uhr startet beim Loslassen und stoppt, wenn der sinkende Körper die Lichtschranke erreicht.
- 3Übernimm Ort und Zeit in Tabelle A und wiederhole für mehrere Orte.
- 4Tabelle B: Lass m1 + m2 gleich und verschiebe nur Masse von links nach rechts. Tabelle C: Lass Δm gleich und ändere die Gesamtmasse.
Lichtschranke: t
–,––– s
Lichtschranke bei x
1,00 m
Masse links m1
200 gMasse rechts m2
220 gLichtschranke bei x
1,0 mKörper X
In die Tabellen B und C kommt a = 2 · xt² aus der letzten Messung. Rechne einen Wert von Hand nach.
A Bewegungsgesetz: x über t²
Gleiche Massen in allen Zeilen. Aus x = 12 · a · t² folgt: Die Steigung ist a2.
| Nr. | Ort x in m | Zeit t in s |
|---|
B Beschleunigung und Kraft bei gleicher Gesamtmasse
Im Diagramm: a über der Antriebskraft F = Δm · g. Die Steigung ist der Kehrwert der bewegten Masse.
| Nr. | Massenunterschied Δm in g | Beschleunigung a in ms² |
|---|
C Beschleunigung und Masse bei gleicher Kraft
Im Diagramm: a über dem Kehrwert der Gesamtmasse. Aus a = Fm folgt: Die Steigung ist die Kraft F.
| Nr. | Gesamtmasse m1 + m2 in g | Beschleunigung a in ms² |
|---|
Aufträge
- Stelle 200 g und 220 g ein. Rechne die Beschleunigung aus a = Δm · gm1 + m2 voraus. Miss für fünf Orte und bestimme a aus Tabelle A. Vergleiche.
- Halte die Gesamtmasse bei 400 g und wähle Δm = 10 g, 20 g, 40 g, 60 g und 80 g (zum Beispiel 195 g und 205 g). Zeige mit Tabelle B, dass a proportional zur Kraft ist. Warum ist die bewegte Masse etwas größer als 400 g?
- Lass Δm = 20 g und ändere die Gesamtmasse von 220 g bis 1000 g. Zeige mit Tabelle C, dass a antiproportional zur Masse ist.
- Schau dir während der Fahrt die Kräfte an. Ist die Seilkraft FS größer oder kleiner als die Gewichtskraft des sinkenden Körpers? Wie ist es beim steigenden? Begründe.
- Wie groß wird a, wenn eine Masse viel größer ist als die andere? Probiere 500 g und 100 g und überlege, was im Grenzfall herauskommt.
- Bestimme die Masse von Körper X: Hänge links 200 g an, miss a und löse a = Δm · gm1 + mX nach mX auf. Löse erst danach auf.