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

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).

Abb.1

Abb.2

Abb.3

Abb.4




2. Bestimmung der Fallbeschleunigung g

Abb. 5

Abb.6


Das Zeiterfassungsprogramm wird auf „Zeiten zwischen 2 Klicks eingestellt (siehe 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. Danach erscheint die Fallzeit im Tabellenfenster. Die Fallzeiten werden in das Tabellenfenster des Programms „Rechner.php“ übertragen. Mit n=w ;L=L+1;s=s+xT(L);m=s/L im Rechenfenster wird aus w Zeitwerten deren Summe S und Mittelwert m gebildet.

(Rechenprogramm auf „Mit Wiederholung“ einstellen!)

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

Achtung: Die Bildung einer Summe s wird beendet, wenn L = w ist. Wäre bei 18 Werten w=19, dann würde eine Null fälschlicherweise zu s addiert.

Anhand von 38 Messwerten zur Fallhöhe h = 75 cm wurde t=0,392s als Mittelwert bestimmt. Daraus folgt für g = 2·h/t2 = 976 cm/s2.

Bei Verwendung eines I-Pad darf man einen Gegenstand erst dann fallen lassen, wenn die Zeittaste blinkt. Die Oberfläche des I-Pad muss gut gereinigt sein.