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Physik 10 · Bewegung und Kräfte

Bewegung auf der waagrechten Ebene

Ein Wagen bekommt einen Stoß und rollt aus. Ohne Reibung würde er immer weiterfahren. Die Rollreibung FR = μ · m · g bremst ihn gleichmäßig, ein Segel bringt zusätzlich den Luftwiderstand FL ins Spiel, der mit dem Tempo wächst.

So gehst du vor

  1. 1Wähle Unterlage, Startgeschwindigkeit und Masse. Lass das Segel zunächst weg.
  2. 2Tippe „Anstoßen“. Der Bewegungssensor misst alle 0,2 s Ort und Geschwindigkeit, die Punkte auf der Bahn liegen 1 s auseinander.
  3. 3Steht der Wagen, tippe „Messwerte in Tabelle A“ und bestimme aus der Ausgleichsgeraden die Beschleunigung.
  4. 4Wiederhole für verschiedene v0 und übernimm jeweils den Anhalteort in Tabelle B.
  5. 5Setze dann ein Segel auf und vergleiche die Kurven.
Zeit t
0,0 s
Ort x
0,00 m
Geschw. v
0,00 ms
02468100481216t in sx in m02468100,00,51,01,52,02,53,03,5t in sv in m · s⁻¹

Unterlage

Startgeschwindigkeit v0

2,0 ms

Masse m

1,0 kg

Segelfläche A

0,00 m²

A Beschleunigung aus dem v-t-Diagramm

Ohne Segel liegen die Punkte auf einer Geraden. Die Steigung ist die (negative) Beschleunigung a.

Nr.Zeit t in sGeschwindigkeit v in ms
0123450,00,51,01,52,02,53,03,5t in sv in m · s⁻¹

B Anhalteort und Startgeschwindigkeit

Im Diagramm: xE über v0². Bei gleichmäßiger Verzögerung gilt xE = v0²2 · μ · g.

Nr.Startgeschw. v0 in msAnhalteort xE in m
02468100481216v₀² in m² · s⁻²xE in m

Aufträge

  1. Fahre auf der Fahrbahn mit v0 = 2,0 m · s⁻¹ ohne Segel. Beschreibe die Form der Graphen im x-t- und im v-t-Diagramm. Wie liegen die Punkte auf der Bahn?
  2. Bestimme aus Tabelle A die Beschleunigung und daraus μ. Vergleiche mit dem Wert am Knopf.
  3. Verdopple die Masse. Was ändert sich an FR, was an a? Begründe mit F = m · a, warum der Anhalteort gleich bleibt.
  4. Verdopple v0. Sage voraus, wie sich die Fahrzeit und der Anhalteort ändern, und prüfe nach. Was bedeutet das für den Bremsweg eines Autos?
  5. Fahre auf der Luftkissenbahn. Welches Gesetz zeigt diese Fahrt fast ungestört?
  6. Setze das größte Segel auf (v0 = 3,0 m · s⁻¹). Wie unterscheidet sich der v-t-Graph von der Geraden? Wo ist die Bremswirkung am größten? Hängt das Ergebnis jetzt von der Masse ab?
  7. Bestimme μ von Unterlage X auf beiden Wegen (Tabelle A und B). Löse erst danach auf.