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Lab Report
Mathematics

University, School

Nelson-Mandela-School Berlin

Grade, Teacher, Year

2014, Mr. Röthenmeier

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Physik Praktikum Sekundarstufe I am Eduard-Spranger­-Gy­mnasium Name: Gröber Klasse: 10c Schuljahr: 2014-15 Experimentierka­ste­n: Alpha Physiklehrer: Herr Treis Hinweise Praktikum In dieser Unterrichtseinh­eit werde ich in Gruppen selbstständig experimentieren und mir zu Hause weitere Inhalte erarbeiten. Ich behandle das Material an den Stationen sehr sorgfältig und über-prüfte immer, ob alles vollständig und in Ordnung ist. Ich halte die allgemeinen Sicherheitsbest­imm­ungen ein! Ich spreche nur in Flüsterlautstär­k­e!…
Versuch zu Wintersmog 1. Fragestellung: .wie werden die Temperaturen in den unterschiedlich­en Höhen aussehen? .in welche Richtung wird der Rauch abziehen? .welche Farbe hat der aus dem Becherglas austretende Rauch? .wie verändert sich die Temperatur an den unterschiedlich­en Messstellen, während der Laufzeit des Versuchs? .was werden wir damit letztendlich nachweisen können? 2 .Hypothesen: zu Frage1) Wir denken, dass es unten am Wärmsten sein wird und desto höher die Thermometer hängen, desto kälter wird es sein. zu2) Wir…

xVersuchsprotokoll:

Versuch: waagerechten Wurf und zur schiefen Ebene; die Murmelbahn-Wette

Thema:

Ziel dieses Versuches war die Weite Sx des waagerechten Wurfes einer Murmel, die auf einer schiefen Ebene mit dem Winkel über einem Tisch der Höhe H0 rollt zu Berechnen. Um Sx zu berechnen muss man erst einmal die Geschwindigkeit V in Abhängigkeit des Winkels, V(, und in Abhängigkeit der Länge der Bahn s, V(berechnen.

Für V( gilt es nun eine Formel herzuleiten. Mit Hilfe der Formel an der Schiefen Ebene können wir nun V( benutzen um mit ihr eine Formel herzuleiten, mit der man bei einem gegebenen Winkel die Weite Sx berechnen kann. Wir sollen die Sx ebenfalls experimentell Nachweisen.

Die Formel ist in Abhängigkeit von, und h0 also der Höhe des Tisches von der sie Gestoßen wird. Es herrschen die Grundprinzipen des waagerechten Wurfes und der schiefen Ebene.

Hypothese:

Schiefe Ebene

Wie bereits in dem Thema erwähnt gilt es erst einmal die Geschwindigkeit V am Ende der Schiefen Ebene (V0) zu berechnen, um diese dann zu benutzen um die Wurfweite Sx zu berechnen.

Nun herrschen ja auf der schiefen Ebene einige Kräfte die man in Betracht ziehen muss.

Die auf eine Fläche einwirkende Normalkraft FN ,

Die hangabwärts gerichtete Hangabtriebskraft FH ,

Und die durch das Erdschwerefeld verursachte Gewichtskraft FG .


Zusätzlich gibt es noch zwei Kräfte die man auf dem Tisch in Betracht ziehen sollte, den Luftwiederstand und die Reibungskraft, aber in unserem Fall sind diese Beiden so verschwindend klein, dass sie weggelassen werden können, bzw. gleich 0 gesetzt werden. Da diese beiden 0 sind haben wir eine gleichförmige Bewegung auf dem Tisch und somit ist die Geschwindigkeit konstant.


Die Vektoren FN und FH lassen sich so beschreiben:

FH = FG sin()=m g sin(

FG = FH cos()=m g cos(


FG lässt sich durch F=ma berechnen also aus der Masse und der Beschleunigung. Auf der Erde ist diese 9.81ms-2=g.

Da auf der schiefen Ebene eine gleichmäßig Beschleunigte Bewegung herrscht gilt v=at, und durch Newtons zweites Gesetz lässt sich die Beschleunigung a als a= F/m oder F=ma ausdrücken.

Also- FH = ma =mg · sin(α)

ma = mg · sin(α) -> a = g · sin (α)


V0 ist in diesem Fall durch die gleichförmige Bewegung auf dem Tisch gleich der Geschwindigkeit am Ende der Rampe. s=1/2at2 gilt für gleichmäßig beschleunigte Bewegungen. Umgeformt erhalten wir t²=->= t

a= g · sin(α)

v0=a ·t

V0=g ·sin(α) ·

Jetzt müssen wir nur noch in diese Formel die Länge der Bahn „s“ und den Winkel „α“ und wir können die Geschwindigkeit am Ende der schiefen Ebene berechnen. Da wir auf dem Tisch eine konstante Geschwindigkeit haben ist dies auch die Anfangsgeschwindigkeit v0 des Waagerechten Wurfes.


Waagerechter Wurf

Der waagerechte Wurf lässt sich in zwei Bewegungen unterteilen, die sich nach dem Superpositionsprinzip überlagern ohne einander zu Beeinflussen. Einmal die gleichförmige Bewegung in Richtung der x-Achse und in die gleichmäßig beschleunigte Bewegung in die der y-Achse.




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5. Man muss die Zeit dann anhalten, wenn die Kugel die Markierung passiert. Diese Zeit muss man sich aufschreiben. Man muss dies ein paar Male wiederholen (in unserem Fall 10 Mal) um einen genaueren Mittelwert zu erhalten.

6. Nun berechnet man die Geschwindigkeit v mit, diese Werte Vergleicht man mit den berechneten Werten aus der Formel von Oben.


Messung:

s=0.35m

=10°

Theoretisch:

V0=g · sin(α) ·

V0=9.81ms-2 · sin(10) ·

V0= 1.09ms-1


Experimentell:


Messung Nr.

t bei 0.5m in s

1

0.43

2

0.38

3

0.31

4

0.46

5

0.52

6

0.50

7

0.46

8

0.52

9

0.48

10

0.54

=0.46s

=0,0674

Die Geschwindigkeit bei= 10° stimmen fast genau mit dem berechnetem Wert für die Geschwindigkeit überein. Dies beweist nicht nur die Formel sondern zeigt auch eine gute Messung und Aufbauung des Experiments.

Deutung:

Da wir bei dem Experiment zur Berechnung von V0 leider keine weiteren Messwerte haben, lässt sich nicht genau sagen wie die Geschwindigkeit nach weiterem Verlauf aussehen würde. Die Stoppuhr und die Länge des Tisches ließen keine kürzeren oder längeren Messpunkte zu.

So kann man sagen das die Funktion geeignet ist, jedoch man wahrscheinlich noch Faktoren wie Luftwiederstand und Reibungskraft in diese integrieren müsste.


2.Überprüfung von Sxmax

Nun gilt es die Wurfweite( ) zu Berechnen.

1. Nach Vorbild der Darstellung bauen muss man jetzt der Versuch aufbauen. Für die schiefe Ebene muss ein Winkel ausgewählt werden (in unserem Fall 10°). Ebenfalls muss die Länge der schiefen Ebene gemessen werden.

2. Nun muss an die Höhe des Tisches h0 messen.....

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Finale Deutung:

Was man ganz klar erkennen kann, ist das die berechnete wurfweite eben viel größer ist, als die der Experimentellen. Dies kann einigen Faktoren zu Grunde liegen. Diese sind die Reibung die wir der Einfachheit halber =0 gesetzt haben, die aber doch eine Rolle spielt, und der Luftwiederstand, der die Murmel früher zu Boden drückt als berechnet.

Zudem war ein Abstand zwischen der schiefen Ebene und dem Tisch welcher einen Verlust an Momentum erzeugt hat.

Hieraus schließe das man mit der Formel die ich erstellt habe nicht zur genauen Berechnung der Wurfweite benutzen kann. In der Formel habe ich nämlich Werten wie die des Luftwiederstandes oder der Reibung vernachlässigt bzw. weggelassen. Trotzdem lässt sich eine annähernd richtige Lösung damit berechnen.


Weiterführend: Berechnung mit dem Energieerhaltungssatz (ohne Reibung)

Die Formeln die Ich oben erstellt habe, waren die der schiefen Ebene. Nun kann man aber die Ergebnisse der schiefen Ebene ebenfalls mit den Gesetzmäßigkeiten des Energieerhaltungssatzes erhalten. Diese werde ich im Folgenden für unser Beispiel Berechnen und mit den theoretischen und praktischen Werten vergleichen.

Das Grundlegende bei dem Energieerkaltungssatz ist, dass gilt: EA = EE. Dies bedeutet lediglich, dass in einem abgeschlossenen System gilt:. So ist es auch bei unserem Experiment an der schiefen Ebene. Dort wird die Lageenergie (EPot) der Murmel am Anfang (sofern reibungsfrei) vollständig in Bewegungsenergie(EKin) umgew.....

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Nun müssen wir in unserem Energieerhaltungssatz die Reibungsarbeit „WReibuzng“ berücksichtigen. Nun Wird nicht mehr die Gesamte Lageenergie in Bewegungsenergie umgewandelt, es geht etwas an die Reibungsarbeit verlohen. Es gilt die Reibung an unserer schiefen Ebene zu Berechnen sowie auch den Energieverlust durch diese Reibung.

Also gilt: EKin =EPot + WReibung

Für EKin gilt:

Für EPot gilt:

Und für WReibung gilt:Er · s

Er=Reibungsenergie=N =G=

WReibung =· s

Nun gilt es die Reibung „zu berechnen.

+· s

Nun müssen wir nur noch unsere errechneten Werte einsetzen.

0.0872


Da wir nun den Reibungskoeffizienten berechnet haben, können wir den Energieverlust berechnen. Dies werden wir dadurch, indem wir die Geschwindigkeit ohne Reibung und die Geschwindigkeit mit Reibung mit einander vergleichen.

v(ohne Reibung) = = 1.09ms-1

v(mit Reibung)+· s= 1.542ms-1

Hier an dem letztem Teil saß ich ziemlich lange dran aber konnte den Fehler nicht finden wäre nett wenn sie mir hier helfen könnten. Ich habe weitergeschrieben als wäre der Wert richtig.

Hierraus können wir nun gut erkennen, dass die Reibung einen Faktor spielt. Zwar ist dieser sehr gering( in diesem Fall X%) aber trotzdem hat er das Ergebnis verändert. Folglich darf man diesen in einem nicht reibungsfreien Gebieten nicht .....

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