Führen Sie zur Vorbereitung des Themas bitte ein Experiment durch:

Benutzen Sie für dieses Experiment bitte die ANIMATION VON WALTER FENDT.

Mit der Maus können Sie Wägestücke mit dem Gewicht von jeweils 1N an den Balken aufhängen oder verschieben. Die Länge jedes Hebels beträgt 1m.

Aufgabe: Formulieren Sie Hypothesen, wann sich die Balkenwaage im Gleichgewicht befindet und überprüfen Sie Ihre Hypothesen an der Animation.

Übung 1:

Finden Sie die Antworten experimentell. 
Überlegen Sie, was jemand wissen muss, um dieses Experiment zu wiederholen.
Überlegen Sie, ob man aus diesen Antworten eine Gesetzmäßigkeit ableiten könnte.

Wenn zwei gleich schwere Körper im gleichen Abstand aufgehängt werden, dann ist die Waage im Gleichgewicht.

Welches Drehmoment ergibt sich, wenn
- links 3 N in 30 cm Abstand vom Drehpunkt und rechts 1 N in 10 cm Abstand vom Drehpunkt wirken? 
- links 3 N in 30 cm Abstand vom Drehpunkt und rechts 1 N in 60 cm Abstand vom Drehpunkt wirken? 
- links 3 N in 30 cm Abstand vom Drehpunkt und rechts 1 N in 90 cm Abstand vom Drehpunkt wirken? 
- links 3 N in 10 cm Abstand vom Drehpunkt und rechts 1 N in 60 cm Abstand vom Drehpunkt wirken? 

Das Versuchsprotokoll

Die Beschreibung eines physikalischen Experiments hat folgende Aufgaben:

• Der Versuch soll anhand der Aufbaubeschreibung exakt reproduzierbar sein. Dazu muß man wissen, welche Geräte benutzt werden und der Versuchsaufbau muß möglichst genau beschrieben sein.

• Die Meßergebnisse müssen dargestellt werden, das geschieht in der Regel in Form einer Tabelle oder eines Diagramms.

• Die Beobachtungen oder Messungen müssen mit Hilfe physikalischer Theorien und Rechenverfahren interpretiert werden.

Daraus ergibt sich folgende Reihenfolge:

1. Geräteliste    (eine Liste der verwendeten Geräte)
2. Versuchsaufbau   (Was ist wo?)
3. Versuchsablauf  (Was passiert? Was kann man messen/beobachten?)
4. Auswertung  (Messwerte in Tabelle oder Graphik umwandeln)
5. Interpretation  (Schlußfolgerung aus den Beobachtungen und Messwerten)

Lassen Sie uns mit einem Experiment beginnen, das Sie gut zu Hause ausführen können:

Versuch zur Drehrichtung einer Garnrolle.

Führen Sie dieses Experiment bitte selbst durch. Am besten nehmen Sie dazu eine Garnrolle, nicht ganz voll ist und eine Unterlage mit einiger Reibung, z.B. ein Blatt Löschpapier oder ein Mousepad. Führen Sie alle Schritte dieser Beschreibung aus und überlegen Sie dabei immer, wie Sie jemandem erklären würden, was Sie gerade tun. Formulieren Sie zuerst eine Hypothese: Wie bewegt sich die Rolle, wenn man an dem Seil zieht?

1. Geräteliste

eine Rolle
ein Seil
ein Tisch / eine Unterlage

2. Aufbau  (Fragen: Wo sind die Geräte? Was ist womit verbunden?)

Eine Rolle liegt auf dem Tisch.
Um die Rolle ist ein Seil gewickelt.
Das Seil läuft unter der Rolle durch und dann parallel zur Tischplatte.

3. Ablauf (Fragen: Was passiert, wenn ... ?)

Man zieht an dem Seil.
Die Rolle bewegt sich. / Die Rolle dreht sich.
Das Seil wird aufgewickelt.

Man erkennt schnell, daß zwischen den Aussagen ein logischer Zusammenhang besteht:

Man zieht an dem Seil. => Rolle dreht sich => Seil wird aufgewickelt.

Wir können die Aussagen also verbinden:

Wenn man an dem Seil zieht, dann bewegt sich die Rolle so, dass das Seil aufgewickelt wird.
oder:
Zieht man an dem Seil, so bewegt sich die Rolle. Dabei wird das Seil aufgewickelt.

4. Bei diesem Versuch gibt es keine Meßwerte

5. Erklärung  (Frage: Warum bewegt sich die Rolle in dieser Weise?)

Experimentieren sie bitte zuerst möglichst oft. Verändern Sie dabei auch die Lage des Zugseils und versuchen Sie dann das Verhalten der Rolle zu erklären. Vergleichen Sie Ihre Erklärung mit der 

Lösung .

Weitere Aufgaben:

1. Es gibt noch mehrere Möglichkeiten, wie das Seil verlaufen kann. Dabei gibt es einen Sonderfall, wo sich die Rolle nicht drehen kann. Probieren Sie alle möglichen Fälle mit einer Garnrolle aus, machen Sie jeweils eine Skizze und ein Versuchsprotokoll in vollständigen Sätzen!

2. Machen Sie ein Protokoll des unten skizzierten Versuches! Benutzen Sie dabei die vorgegebenen Satzanfänge und die Wörter in der Klammer:

1. Aufbau:

Ein Wagen mit der Masse m_W=500 g 
(sich befinden - Ende - auf - unten - schiefe Ebene)

Die schiefe Ebene  (besitzen - Neigungswinkel - 10° - von)

Am oberen Ende der  (befestigt sein - Rolle - schiefe Ebene)
 

Ein Seil 
(befestigt sein - Wagen)
 

Das Seil 
(laufen - Rolle - über)

2. Ablauf:

Ein Wagen W mit der Masse m_K=500 g 
(hängen - frei - Ende - Seil - an)

Wenn man die Masse des Wagens auf 50 g verringert, dann 
(sich bewegen - nicht - Wagen)

Wenn man die Masse des Wagens auf 1000 g erhöht, dann 
(sich bewegen - schneller - Wagen)

Machen Sie den Versuch auch mit anderen Neigungswinkeln. Die Auswertung machen Sie am besten wie oben mit Hilfe einer kleinen Zeichnung. Stellen Sie Ihr Ergebnis dann dem Kurs vor.

(c) Hans Göttmann 2016