Physikalisches Praktikum

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1 Physk-Labor Fachberech Elektrotechnk und Inforatk Fachberech Mechatronk und Maschnenbau Physkalsches Praktku M5 II. EWTOsche Axo Versuchszel Aus Messungen an ener ollenfahrbahn soll de Gültgket des II.EWTOschen Axos gezegt werden. Dabe kann auftretende ollrebung nachgewesen und hre Größe bestt werden. De Geräte snd: ollenfahrbahn t Halteagnet, 4 Gabellchtschranken, Dgtalzähler, Stelltrafo Lteratur Tpler Physk Hallday/esnck Physk Höflng Physk Stroppe Physk Grundlagen. Begrffe und Größen (werden als bekannt vorausgesetzt) Körper, Masse, ebung, Kraft, oralkraft, glechäßg beschleungte Bewegung. Kräftedagra Auf ener Schene steht en Wagen, der de Masse hat. An dese Wagen st en Sel befestgt, das über ene Ulenkrolle geführt wrd und an de de Masse hängt. De Massen von Sel und olle sowe de ebung a ollenlager werden vernachlässgt. Ist groß genug, rollt der Wagen und für den Schwerpunkt des Systes glt das II. ewtonsche Axo () F = a d.h. de Kraft west n de chtung, n de der Wagen beschleungt wrd. In der folgenden Skzze wrd gezegt welche horzontalen und vertkalen Kräfte auftreten, aus denen sch zusaensetzt.

2 Blech t der Brete b y Schene x G () = G = a t G der Gewchtskraft der von der Schene auf den Wagen wrkenden oralkraft der auf bede ollen wrkenden ollrebungskraft; der Betrag st F = µ F t µ de ollrebungskoeffzenten der Kraft, de der Fallkörper durch sene Gewchtskraft auf den Wagen ausübt Betrachtet an de Kräfte n x-chtung der öglchen Bewegungsrchtung des Wagens so glt (3) F x = F Gx + F x + (-F x ) + F x = a x Da F Gx = 0 und F x = 0 st, blebt (4) a = F F (5) a = g µ w g (6) = + W st de Gesatasse des Systes, wobe W de Egenasse des Wagens, de dre verschedene Werte annehen kann ; st de aktuelle Beschleungungsasse ( =...3) ;

3 Aus den Glechungen (5) und (6) folgt g µ a = g ( ) a = g µ µ g g + g (8) a = ( + µ ) µ g Dese Glechung zegt, dass für den Grenzwert = (d.h. de Beschleungungsasse st de Gesatasse) de Beschleungung a glech der Erdbeschleungung g st. Aufgabe. Messen Se für dre verschedene Massen des ollwagens de Laufzeten bs bzw. durch de Lchtschranken.. Berechnen Se de Geschwndgketen und stellen Se jede Messrehe graphsch dar. 3. Zegen Se anhand ener graphschen Darstellung de Abhänggket der Beschleungung von der Beschleungungsasse (a = a ( )) und de Gültgket von Glechung (8). We groß st µ? Durchführung Auf ener ollenfahrbahn snd 4 Lchtschranken zur Geschwndgketsessung angebracht. Der Wagen trggert de Lchtschranken über enen a Wagen angebrachte Blechstrefen der Brete b (b t de Meßscheber essen!!). Der Wagen wrd durch enen Elektroagneten n uheposton gehalten, der be betätgen der IIT - und U -Tasten strolos geschaltet wrd und dat den Wagen fregbt. Für de Messungen snd de Gabellchtschranken t de Zähler verbunden und der Magnet st t de Stelltrafo über enen Kontakt des Dgtalzählers verbunden: 3

4 Halteagnet Zähler Stelltrafo ++ V Wenn de Geräte engeschaltet snd, werden a Stelltrafo V engestellt und a Zähler de folgenden Funktonen FUCT TIME / SICLE SEQ MODE s IPUT SELECT _ _ Taste bs 4 STOP ken Pfel Wenn der Wagen laufberet st, IIT U drücken und über auslösen. De Ergebnsse werden über ESULTS abgerufen. Das Gerät lefert de Ankunftszeten t, t, t 3, t 4 und de Durchlaufzeten Δt,, Δt 4 des a Wagen angebrachten Blechstrefen der Brete b (sehe auch Tabellen Anhang). Es können also pro Wagenlauf 4 Geschwndgketen (Geschwndgket zur Zet t = Blechbrete b / Durchlaufzet Δt ) und de Zeten t,, t 4 be denen dese Geschwndgketen vorlegen, erttelt werden. De erste Messrehe wrd t de Wagen ohne Zusatzgewcht durchgeführt und de Messwerte n ener Tabelle (Entwurf sehe Anhang) aufgenoen. Jeder Durchlauf wrd für de Beschleungungsassen = 0 g, 40 g und 60 g enal durchgeführt. Be den folgenden Messrehen bekot der Wagen je en weteres Zusatzgewcht von ca. 500 g (exakte Massenbestung t der Waage). Auswertung Berechnen Se alle Geschwndgketen be allen Wagen- und Beschleungungsassen für alle Zetpunkte und tragen Se de Werte n de Meßtabellen en. Zechnen Se de v t Dagrae für alle Beschleungungsassen ( Dagra pro Wagenasse t den 3 v t Geraden für = 0 g, 40 g, 60 g; nsgesat also 3 Dagrae t je 3 Kurven (Ausglechsgeraden!)). Beschrften Se de Geraden t den entsprechenden Beschleungungsassen. Ertteln Se de Stegungen (= Beschleungung) aller Geraden und tragen Se de Beschleungungen n en Dagra en (Horzontal: Beschleungungsasse ; Vertkal: Beschleungung a( ) Gerade für Wagenasse => 3 Geraden n ene Dagra). Schreben Se de Wagenasse an 4

5 de entsprechende Gerade Dagra. De ückwärtsverlängerung deser 3 Geraden bs = 0 lefert 3 Schnttpunkte t der a( ) Achse, also 3 Beschleungungen. ach (8) st a( = 0) = - μ g. Daraus kann μ erttelt werden ( Punkt auf der a Achse als Mttelwert auswählen). Fragen (zur Versuchsvorberetung). Was besagt das Aktonsprnzp?. Wo spelt de träge Masse ene olle? 3. We groß st µ für Gurefen auf Beton und für Stahlräder auf Stahlschenen? 4. We unterscheden sch de µ - Werte be Haftrebung, Gletrebung und ollrebung betragsäßg? 5