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Physik 10 · Bewegung und Kräfte

Atwoodsche Fallmaschine

Zwei Körper hängen an einem Seil über einer Rolle. Der Unterschied ihrer Gewichtskräfte, F = Δm · g, treibt das System an, beschleunigt werden aber beide Massen zusammen. Darum läuft die Bewegung viel langsamer ab als der freie Fall, und man kann F = m · a bequem prüfen.

So gehst du vor

  1. 1Stelle die beiden Massen und die Lichtschranke ein.
  2. 2Tippe „Loslassen“. Die Uhr startet beim Loslassen und stoppt, wenn der sinkende Körper die Lichtschranke erreicht.
  3. 3Übernimm Ort und Zeit in Tabelle A und wiederhole für mehrere Orte.
  4. 4Tabelle B: Lass m1 + m2 gleich und verschiebe nur Masse von links nach rechts. Tabelle C: Lass Δm gleich und ändere die Gesamtmasse.
Lichtschranke: t
–,––– s
Lichtschranke bei x
1,00 m

Masse links m1

200 g

Masse rechts m2

220 g

Lichtschranke bei x

1,0 m

Körper X

In die Tabellen B und C kommt a = 2 · xt² aus der letzten Messung. Rechne einen Wert von Hand nach.

A Bewegungsgesetz: x über t²

Gleiche Massen in allen Zeilen. Aus x = 12 · a · t² folgt: Die Steigung ist a2.

Nr.Ort x in mZeit t in s
012340,00,20,40,60,81,01,21,4t² in s²x in m

B Beschleunigung und Kraft bei gleicher Gesamtmasse

Im Diagramm: a über der Antriebskraft F = Δm · g. Die Steigung ist der Kehrwert der bewegten Masse.

Nr.Massenunterschied Δm in gBeschleunigung a in ms²
0,00,10,20,30,40,50,00,51,0F in Na in m · s⁻²

C Beschleunigung und Masse bei gleicher Kraft

Im Diagramm: a über dem Kehrwert der Gesamtmasse. Aus a = Fm folgt: Die Steigung ist die Kraft F.

Nr.Gesamtmasse m1 + m2 in gBeschleunigung a in ms²
0,00,51,01,52,00,00,51,0m⁻¹ in kg⁻¹a in m · s⁻²

Aufträge

  1. Stelle 200 g und 220 g ein. Rechne die Beschleunigung aus a = Δm · gm1 + m2 voraus. Miss für fünf Orte und bestimme a aus Tabelle A. Vergleiche.
  2. Halte die Gesamtmasse bei 400 g und wähle Δm = 10 g, 20 g, 40 g, 60 g und 80 g (zum Beispiel 195 g und 205 g). Zeige mit Tabelle B, dass a proportional zur Kraft ist. Warum ist die bewegte Masse etwas größer als 400 g?
  3. Lass Δm = 20 g und ändere die Gesamtmasse von 220 g bis 1000 g. Zeige mit Tabelle C, dass a antiproportional zur Masse ist.
  4. Schau dir während der Fahrt die Kräfte an. Ist die Seilkraft FS größer oder kleiner als die Gewichtskraft des sinkenden Körpers? Wie ist es beim steigenden? Begründe.
  5. Wie groß wird a, wenn eine Masse viel größer ist als die andere? Probiere 500 g und 100 g und überlege, was im Grenzfall herauskommt.
  6. Bestimme die Masse von Körper X: Hänge links 200 g an, miss a und löse a = Δm · gm1 + mX nach mX auf. Löse erst danach auf.