Zeitmessung (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Zeitmessung (Artikelnr.: P9982) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7- Lehrplanthema: Mechanik Unterthema: Stoff- und Materialeigenschaften Experiment: Zeitmessung Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Leicht Minuten Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schere Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformation Die Schüler sollen mit Hilfe einer Stoppuhr Pendelschwingenen auszählen. Um die Abhängigkeit der Schwingungsdauer von der Pendellänge zu zeigen, wird im 2. Teilversuch die Pendellänge auf die Hälfte verkürzt. Die Schwingungsdauer eines Pendels beträgt mit l = Pendellänge und g = 9,8 m/s 2 (Erdbeschleunigung). Hinweis Die vollen Pendelschwingungen werden vom rechten (oder linken) Umkehrpunkt aus gezählt. Es ist auch möglich, sie beim Durchgang durch die Ruhelage des Pendels zu zählen. Anmerkung Die SI-Einheit der Zeit ist die Sekunde (s). Sie ist eine Basiseinheit des SI-Systems und definiert die Dauer von Perioden der Strahlung des Atoms Cs33 beim Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus im Grundzustand. Umrechnung Tag (d) = 24 Stunden (h) = 44 Minuten (min) = 864 s. h = 6 min = 36 s, min = 6 s.

2 Zeitmessueg (Artikeler.: P9982) Aufgabe ued Material Aufgabe Wie scheell schwiegt eie Peedel? Miss die Zeit, die das Pendel für eine Schwingung braucht, mit deiner Stoppuhr. Verändere die Pendellänge auf die Hälfte und miss erneut die Zeit für eine Schwingung.

3 Material Positioe Material Besteller. Meege Stativfuß, variabel 2-2 Stativstange Edelstahl 8/8, l = 25 mm, d = mm 23-2 Stativstange, l = 6 mm, d = mm, zweigeteilt, verschraubt Doppelmuffe Haltebolzen Gewichtsteller für Schlitzgewichte Schlitzgewicht, schwarzlackiert, g Schlitzgewicht, schwarzlackiert, 5 g Angelschnur, auf Röllchen, d =,7 mm, 2 m Digitale Stoppuhr, 24 h, / s & s Maßband, l = 2 m Zusätzliches Material Schere Aufbau ued Durchführueg Aufbau Baue ein Stativ für das Pendel auf. Schraube zunächst die beiden Stativstangen zu einer langen Stativstange zusammen (Abb. ). Ziehe an dem gelben Hebel, um die Stativstange zu befestigen (Abb. 2 und Abb. 3).

4 Abb. Abb. 2 Abb. 3 Befestige mit der oberen Doppelmuffe den Haltebolzen so, dass die Bohrung an seinem Ende waagerecht ist (Abb. 4). Abb. 4 Knüpfe ein Stück Angelschnur (ca., m) an den Haken des Gewichtstellers (Abb. 5) und ziehe diese durch die Öse am Haltebolzen (Abb. 6).

5 Abb. 5 Abb. 6 Knote die Angelschnur an der zweiten Doppelmuffe fest (Abb. 7). Lege Massestücke auf den Gewichtsteller, so dass die Gesamtmasse 7 g beträgt. Abb. 8 zeigt, wie die Massestücke auf den Gewichtsteller gelegt werden. Abb. 8 Abb. 7 Verstelle die untere Doppelmuffe in der Höhe so, dass die gesamte Länge vom Aufhängepunkt am oberen Ende bis zum Mittelpukt des Gewichtes (Abb. 9) möglichst genau 99,4 cm beträgt.

6 Abb. 9

7 Durchführueg Lasse das Pendel immer parallel zur Tischkante schwingen, korrigiere gegenenfalls. Lenke das Pendel etwa 2 cm seitlich aus (Abb. ) und lasse es vorsichtig los. Starte dabei gleichzeitig die Stoppuhr. Abb. Stoppe die Uhr, wenn das Pendel eine volle Schwingung vollführt hat, und lies die Stopuhr ab. Trage den abgelesenen Wert unter t in Tabelle im Protokoll ein. Wiederhole den Versuch, indem du jetzt 2 Schwingungen auszählst. Stoppe nach 2 Schwingungen die Stoppuhr, lies die abgelaufene Zeit ab und trage den gefundenen Messwert unter t 2 in Tabelle 2 im Protokoll ein. Wiederhole beide Schritte noch viermal. Verkürze die Pendellänge auf exakt 49,7 cm (Abb. ), indem du die untere Doppelmuffe nach unten verschiebst und eventuell die Angelschnur um die Doppelmuffe wickelst. Miss wieder je fünfmal die Zeiten für eine und für 2 Schwingungen und trage die Messwerte ebenfalls in Tabelle 2 im Protokoll ein. Abb.

8 Protokoll: Zeitmessueg Ergebeis - Tabelle (2 Puekte) Trage deine gemessenen Werte für die Pendellänge l = 99,4 cm in die Tabelle ein und berechne -eweils aus den Einzelmessungen (t ) und aus den Messungen für 2 Schwingungen (t 2 ) den Mittelwert (MW). Messung Nr. t in s t 2 in s MW Ergebeis - Tabelle 2 (5 Puekte) Trage deine gemessenen Werte für die Pendellänge l = 49,7 cm in die Tabelle ein und berechne -eweils aus den Einzelmessungen (t ) und aus den Messungen für 2 Schwingungen (t 2 ) den Mittelwert (MW). Messung Nr. t in s t 2 in s MW

9 Ergebeis - Tabelle 3 Berechne nun -eweils die Mittelwerte für eine Schwingung (die Schwingungsdauer T), indem du den MW von t 2 durch 2 teilst. Trage die Werte in die Tabelle ein. Pendellänge l/cm T/s 99,4 49,7 Ergebeis - Tabelle 4 Berechne die Schwingungsdauern T die Zeit für eine halbe Schwingung (t,5 ). Trage die Werte in die Tabelle ein. T/s t,5 (Pendellänge 99,4 cm) t,5 (Pendellänge 49,7 cm)

10 Auswertueg - Frage ( Puekte) Vergleiche den erhaltenen Wert T mit dem Messergebnis für eine Schwingung (t /s). Welches Ergebnis ist wohl genauer? Auswertueg - Frage 2 ( Puekte) Wie groß sind die Abweichungen der einzelnen Messungen vom Mittelwert?

11 Auswertueg - Frage 3 ( Puekte) Wie wirkt sich die Verkürzung der Pendellänge auf die Schwingungsdauer aus? Auswertueg - Frage 4 ( Puekte) Kannst du erklären, weshalb ein Pendel mit einer Länge von l = 99,4 cm "Sekundenpendel" genannt wird? Auswertueg - Zusatzaufgabe ( Puekt) Bilde das Verhältnis der Schwingungsdauern der beiden Pendel unterschiedlicher Länge. Wie groß ist es?

12 Auswertueg - Zusatzaufgabe 2 ( Puekt) Welche Proportionalität ist richtig?