Kinematik mit einer Transformatorspule

Neue Experimente mit dem CASSY

G. Höhne

Messungen mit perfekten technischen Industrieprodukten erscheinen unseren Schülern als etwas alltägliches und werden nicht hinterfragt. Anders ist es, wenn eine präzise Messung mit einem einfachen Mittel durchgeführt wird, welches zunächst gar nicht als Meßelernent erkennbar ist. So sind zum Beispiel die Schüler sehr überrascht, wenn mit einer Transformatorspule nicht nur Fallzeiten bestimmt, sondern darüber hinaus auch noch Fallparabeln und Schwingungsdiagramme aufgenommen werden.

Ein Magnet fällt durch eine Transformatorspule (1000 Windungen). Hierbei wird in die Spule eine Spannung induziert, deren Verlauf in Abb. 1 erkennbar ist.

Abb. 1

An diesem Diagramm kann deutlich der Anfang und das Ende des Falls in einer 8 cm hohen Spule (Leybold) bestimmt werden. Die Spannung steigt mit dem Beginn der Bewegung allmählich an, und ändert sich abrupt beim Aufschlag des Magneten. Anhand der ablesbaren Fallzeit kann nach g = 2∙s/t² die Fallbeschleunigung bestimmt werden. Das hier sichtbare Diagramm führt zu dem Wert g = 10 rn/s².

Wird ein Magnet in eine Spule getaucht, dann ändert sich der durch die Spule greifende magnetische Fluß. Der dieser Flußänderung proportionale Spannungsstoß kann mit dem Programm „Cassy-Lab der Firma Leybold" unmittelbar gemessen werden (Einstellung auf Integration der Induktionsspannung U ). Bei derartigen Messungen fällt auf, dass die Flussänderung der Verschiebung proportional ist, wenn das Ende des Magneten im unteren Drittel der Spule nicht mehr als um 1,5 cm nach oben oder unten bewegt wird. Die Spule kann somit als Sensor für Längenmessungen genutzt werden.

Abb. 2

Abb. 3

Zur Kalibrierung wird die Spule durch Unterlegen einer 1 cm dicken Scheibe angehoben. Der hierzu gehörenden Diagrammänderung wird der Wert 1 cm zugeordnet.

Mit dem auf Wegmessung eingestellten Programm können wie in Abb. 2 und Abb.3 angedeutet sowohl Fallparabeln als auch Schwingungsdiagramme aufgenommen werden.