Physikalische Schülerexperimente als Hausaufgabe

Mit den Mitteln, welche auf dieser Internetseite zur Verfügung gestellt werden, kann ein Schüler zuhause experimentell das Gesetz s/t2 = Konstante = a/2 selbst herausfinden und auch die Erdbeschleunigung g mit zufriedenstellender Genauigkeit bestimmen.

1. Experiment zur gleichförmig-beschleunigten Bewegung


Abb.1

Abb.2

Abb.3

Abb.4


Ein Tischbein wird mit einem Brett unterlegt, so dass der Tisch schwach geneigt ist (hier ≈ 1°). Auf diesem Tisch lässt man eine Kugel an einem Zollstock entlang abwärts rollen (siehe Abb.1). Im Fenster des Programms „Zeiterfassung“ wird der Knopf „Zeit“ angeklickt, wenn die Kugel startet und dann, wenn sie s = 20 cm, 40 cm, 60 cm und 80 cm zurückgelegt hat. So entsteht eine Tabelle, wie sie in der Abb. 2 zu sehen ist. Mit „Kopieren/Einfügen“ werden diese Werte in das Tabellenfenster des Grafikprogramms „Sim.php“ übertragen. Dort wird die Tabelle durch die Längen der zurückgelegten Strecken ergänzt und an die erste Zeile wird ein P angehängt, damit die Wertepaare in einem Koordinatensystem durch Punkte dargestellt werden (siehe Abb.3). In das Programmfenster wird eine dazu passende Funktion eingetragen (hier: 6,1*x^2). Wird unter dem Programmfenster „START“ angeklickt, dann erscheint neben den Punkten zu den Wertepaaren auch noch der Funktionsgraph (siehe Abb. 4). Aus s = 6,1· x2 ( x = Zeit t in Sekunden) folgt: s/ x2 = Konstante = (hier : 6,1 cm/s2).


2. Bestimmung der Fallbeschleunigung g


Abb. 5

Abb.6


Man lässt einen Malstift von der Tischkante aus zu Boden fallen (siehe Abb.5). Zu Beginn und am Ende des Falls wird „Zeit“ im Programmfenster des Zeiterfassungsprogramms angeklickt.

Die Wertepaare (hier 17) werden in das Tabellenfenster des Programms „Rechner.php“ übertragen (siehe Abb.6).

Mit n=18;L=L+2;a=xT(L)-xT(L-1);s=s+a;m=s/(L/2) im Rechenfenster werden die Differenzen zwischen den Werten der Paare ermittelt und der Mittelwert m wird aus ihnen gebildet (Rechenprogramm auf „Mit Wiederholung“ einstellen!).

xT(L) ist der 1.Wert in der L. Zeile !

Achtung: Das Programm wird beendet, wenn L = n ist. Wäre bei 9 Wertepaaren n=19, dann würde eine Null zu s addiert.

0,392s ist der Mittelwert aus den Differenzen zwischen den Startzeiten und den Zeiten des Aufschlags (Fallhöhe h = 75 cm ) . Aus diesen Werten gewinnt man nach 2·h/t2 = g für g den Wert 976 cm/s2.