Ein Blechrohr als Sensor zur Aufnahme eines t-s-Diagramms zur Fallbewegung eines Plastikrohrs

Eine Messmethode, die auf einem bekannten Effekt beruht, der aus der Sicht eines Schülers nicht für eine Messung in Betracht gezogen wird, findet in der Regel viel Interesse im Schulunterricht. Ein Beispiel hierfür ist das in Abb. 1 angedeutete Verfahren zur Aufnahme eines t-s-Diagramms.

Ein Plastikrohr wird zunächst durch gleichmäßiges Reiben mit einem Stück Papier elektrisch aufgeladen (eine starke Ladung ist nicht erwünscht ). Dieses Rohr lässt man in einem Blechrohr ( verzinktes Regenabflussrohr ) fallen, wobei aus dem Blechrohr negative Ladung verdrängt wird (Influenz), deren Menge dem Fallweg proportional ist. Die abfließende Ladung (Integral der Spannung/R ) wird mit Hilfe eines AD-Wandlers (CASSY) gemessen. Die 43 cm lange Fallstrecke beginnt im Blechrohr 30 cm unterhalb der oberen Rohröffnung . In diesem Fall wirkt sich das inhomogene elektrische Feld am Anfang des Stabes nicht in unerwünschter Weise auf den Verlauf des Diagramms aus.

Einstellung des Programms „MAuS“ für das CASSY-E:

± 0,3V,  Integral,   Zeigerempfindlichkeit 8,   Meßzeit 4 s,   Diagramm nach Messung,   Polarität: - .

Aus dem mit 4s Messzeit aufgenommene Diagramm wird der zum Fall gehörende Teil mit dem Unterprogramm „Koordinaten-Kurve erneut zeichnen oder Meßdiagramm dehnen" vergrößert. Es entsteht das Diagramm in Abb. 2. Bevor das in Abb. 2 sichtbare Koordinatensystem gesetzt werden kann, muss das Bildfeld passend kalibriert werden. Nach Anklicken von „Koordinaten -Kalibrieren in y-Richtung"  wird der Scheitel und die zum Aufschlag gehörende Stelle des Diagramms angeklickt. Nach der Frage über den zugehörenden Unterschied der y-Werte wird 43 cm angegeben.

Abb. 1                                                                                    Abb. 2

Abb. 3 zeigt das Diagramm mit einer roten Parabel, die dem Diagramm mit Hilfe des Unterprogramms „Polynome-Mathematik" angepasst wurde. Es ist zu sehen, dass die Parabel hervorragend auf das Messdiagramm passt. Durch Differentiation der Parabelfunktion entsteht neben dem t-s-Diagramm noch ein t-v- und ein t-a-Diagramm (siehe Abb. 4). Die Werte zu dem t-v-Diagramm und dem t-a-Diagramm in Abb. 4 sind um den Faktor 0,1 bzw. 0,01 verkleinert.

Abb . 3                                                                    Abb. 4