STIMMGABEL... 1 ÜBERBLICK Didaktische Hinweise Lernziele Physikalischer Hintergrund Durchführung... 6

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1 Stimmgabel STIMMGABEL... 1 ÜBERBLICK... 2 Didaktische Hinweise... 5 Lernziele... 5 Physikalischer Hintergrund... 5 Durchführung... 6 Experiment... 6 Vraussagen... 7 Setup... 7 Datenaufnahme... 7 Analyse... 7 Anwendung... 7 Typische Antwrten... 8 Bewertung... 9 SCHÜLER-EXP-ANLEITUNG VOM PENDEL ZUR STIMMGABEL Einführung Geräteausstattung Sicherheitshinweis: Hintergrund Vrhersage Messung Cmputer-Setup Ausstattungs-Setup Messwerterfassung (Datenaufnahme) Ausblicke Literatur Schülerantwrtblatt Lehrerinfrmatins-Seite Seite 1 vn 17 -

2 Überblick Zeitbedarf: 2 Unterrichtsstunden (ca 90 Minuten) Klassenstufe: 7-8 Schwierigkeitsgrad: 5 Kern: Die Schülerinnen und Schüler machen erste Experimente mit dem Messerfassungssystem und bestimmen nach Versuchen mit einem Faden- und Federpendel die Frequenz und Amplitude einer Stimmgabel. Sie stellen fest, dass die Frequenz bzw. Peridendauer swhl beim Faden-, Federpendel als auch bei der Stimmgabel nur vn wenigen Randbedingungen abhängt. Beschreibung: Mit dem eingebauten Sund-Sensr im Xplrer- GLK werden Schallsignale in Abhängigkeit der Zeit aufgezeichnet. Die daraus resultierenden Diagramme liefern in der Analyse die gewünschten Peridendauer bzw. die zugehörige Frequenz. [01.] Fadenpendel: Aus Stativmaterial, einer Schnur und einem Pendelkörper wird ein Fadenpendel aufgebaut. Am unteren Ende des Fadenpendels wird ein Tesafilm-Streifen s aufgeklebt, dass er senkrecht nach unten zeigt. In gleicher Weise wird auf dem Mikrfn des Xplrer-GLX ebenfalls ein Tesafilm-Streifen aufgeklebt, der senkrecht nach ben zeigt. Immer wenn der Tesafilmstreifen am Pendel in der vertikalen Psitin den Tesafilmstreifen auf dem Mikrfn verbiegt, nimmt der Sundsensr im Xplrer-GLX ein Signal auf. Im Sund-t-Diagramm entstehen auf diese Weise in regelmäßigen t-abständen ( t=t/2) Marken, aus deren Abstand man die Peridendauer des Pendels ermitteln kann. - Seite 2 vn 17 -

3 In verschiedenen Versuchen werden die Pendelmasse, die Amplitude und die Fadenlänge variiert. Es muss nicht betnt werden, dass bei jedem Experiment immer nur eine physikalische Größe variiert wird, während die anderen Randbedingungen knstant gehalten werden UND dann bei jeder experimentellen Situatin immer mehrfach gemessen werden muss. [02.] Federpendel: Aus Stativmaterial, eine passenden Stahlfeder und einem Pendelkörper wird ein Federpendel aufgebaut. Am unteren Ende des Federpendels wird ein Tesafilm-Streifen s aufgeklebt, dass er waagrecht nach rechts zeigt (siehe Bild). In gleicher Weise wird auf dem Mikrfn des Xplrer-GLX ebenfalls ein Tesafilm-Streifen aufgeklebt, der ebenfalls waagrecht nach links zeigt. Die beiden Tesafilm-Streifen sllten hinreichend lang sein, damit keine Gefahr besteht, dass der Pendelkörper nicht den Xplrer-GLX beschädigt. Die Streifen werden s platziert, dass sie in der Ruhelage des Federpendels gerade in Kntakt zueinander stehen. Immer wenn der Tesafilmstreifen am Pendel den Tesafilmstreifen auf dem Mikrfn verbiegt, nimmt der Sundsensr im Xplrer-GLX ein Signal auf. Im Sund-t-Diagramm entstehen auf diese Weise in regelmäßigen t-abständen ( t=t/2) Marken, aus deren Abstand man die Peridendauer des Pendels ermitteln kann. In verschiedenen Versuchen werden jeweils die Pendelmasse und die Amplitude bei verschieden harter Feder variiert. Es muss nicht betnt werden, dass bei jedem Experiment immer nur eine physikali- - Seite 3 vn 17 -

4 sche Größe variiert wird, während die anderen Randbedingungen knstant gehalten werden UND dann bei jeder experimentellen Situatin immer mehrfach gemessen werden muss. [03.] Stimmgabel: Die Stimmgabel wird angeschlagen und in die Nähe des Mikrfns des Xplrer-GLX gehalten. Bei der Aufzeichnung muss man srgsam darauf achten, dass die Stimmgabel nicht zu nahe an das Mikrfn gehalten und hrizntal schwingt, damit das Gerät durch die schwingenden Zinken der Stimmgabel nicht beschädigt werden. Zunächst wird die Amplitude der Stimmgabel durch verschieden starkes Anschlagen verändert und jeweils die zugehörige Peridendauer gemessen. Durch Reiter an verschiedenen Psitinen der Stimmgabel kann man die Frequenz der Stimmgabel ändern und diese Frequenzänderung swhl hören als auch in der Messung bestätigen. - Seite 4 vn 17 -

5 Didaktische Hinweise Selbstverständlich könnte man diese Zeitmarken auch mit Hilfe der Lichtschranke erhalten. Das besndere dieser Variante besteht darin, dass man mit dem Grundgerät des Xplrer-GLX hne weitere Sensren auskmmt UND gleichzeitig die Schülerinnen und Schüler beim Faden- und Federpendel die Peridendauer, die Frequenz und die Amplitude sinnlich wahrnehmen. Gleichzeitig lernen die Schülerinnen und Schüler das Messerfassungssystem Xplrer-GLX zunächst in einfach überschaubaren und dann in zunehmend kmplexeren Situatinen einzusetzen. Lernziele Die Schüler lernen mit den physikalischen Größen Peridendauer, Frequenz und Amplitude handlungsrientiert umzugehen. können in eigenen Experimenten zeigen, vn welchen Randbedingungen die Peridendauer bzw. Frequenz bei einem Faden-, Federpendel und Stimmgabel abhängen. lernen, dass nur ein bestimmter Frequenzbereich bei Schwingungen als Tn hörbar ist. können ihr Verständnis auf Situatinen aus dem Alltag übertragen z.b. die Tnlage grßer und kleiner Glcken erläutern z.b. gestalten die Experiment zum Faden-, Federpendel und Stimmgabel und führen es aus und analysieren die Messwerte Physikalischer Hintergrund Die Peridendauer eines idealen Fadenpendels ergibt sich nach T=2 π (l/g) 1/2 als unabhängig vn der Masse und der Amplitude des Fadenpendels. Die Peridendauer bei einem Federpendel ergibt sich nach T=2 π (m/d) 1/2 als unabhängig vn der Amplitude der Schwingung. Die Frequenz einer Stimmgabel ist ebens wie beim Faden- und Federpendel unabhängig vn der Amplitude. Egal wie kräftig man eine 440Hz Stimmgabel anschlägt, ergibt sich immer wieder der gleiche Grundtn vn 440Hz. Selbstverständlich kann man je nach der betrffenen Kursstufe nur diese Zusammenhänge zu vermuten und diese Vrhersagen experimentell zu verifizieren der zu falsifizieren. ODER in höheren Klassenstufen die jeweilige Differentialgleichung aufzustellen, zu lösen und mit den hier gewnnenen Messwerten zu vergleichen. Auf der Basis einer Methdenkmpetenz wllen wir einen Unterricht schülerzentriert gestalten. Das Ziel er ersten Stunde in dieser Dppelstude ist die Erschließung vrhandener Präknzepte und der Start der Galileischen Methde, die in flgenden Schritten abläuft: 1. Präknzepte Hypthesen, Mdellvrstellungen, Therien, Naturgesetze 2. Frmulierung vn Vrhersagen - Seite 5 vn 17 -

6 In der zweiten Dppelstunde werden die Vrhersagen in zugehörigen Experimenten überprüft. 3. Durchführung der Experimenten, in denen die bigen Vrhersagen falsifiziert der verifiziert werden 4. Reaktin bei Falsifizierung Reflexin der falschen Hypthesen 5. Reaktin bei Verifizierung Vertrauen in die Therie Begründung, warum man physikalische Therien prinzipiell nicht verifizieren kann! Dieses Vrgehen legt die auf Schülerseite vrliegenden Präknzepte ffen und krrigiert Fehlvrstellungen in einer schülerzentrierten Unterrichtsfrm vr dem Einstieg in die experimentelle Messphase mit der zugehörigen Messerfassung. Durchführung 1. Stunde: Die Physiklehrkraft führt am Ende einer Unterrichtsstunde in einer Lehrerdemnstratin flgende vier Experimente vr Fadenpendel Federpendel Hrizntales Feder-Masse-Pendel Stimmgabel In der nun flgenden Hausaufgabe (der Alternativ: Teamarbeit jeweils vier Schülerinnen und Schüler bilden ein Team; 8 Teams bilden eine ganz Klasse) diskutieren die Schülerinnen und Schüler Gemeinsamkeiten und Unterschiede dieser vier Experimente. In einem Ergebnisgespräch (Hausaufgabenbesprechung) werden die Ergebnisse zusammen getragen und das Fazit frmuliert: Es handelt sich in allen vier Experimenten um eine Schwingung um eine Ruhelage. Die Beschreibung dieser Schwingung erflgt über die Peridendauer T und die Amplitude - s 0. Aus der Peridendauer T kann man die Frequenz f berechnen. Der Zusammenhang f=1/t wird thematisiert und eingeübt. Die sichere Verwendung der Begriffe Amplitude, Peridendauer und Frequenz sind der Lernstand vr dem Start der hier beschriebenen Dppelstunde. Die Dppelstunde beginnt mit der Offenlegung vrhandener Präknzepte; sie werden erfragt, erfasst und diskutiert. UND auf der Basis dieser Vrstellungen frmulieren die Teams Vrhersagen, die im flgenden Experiment überprüft werden sllen. Experiment 2. Stunde Beschreibung der Durchführung für die Lehrkraft: 1. Jeder Schüler bekmmt eine Kpie der Experimentieranleitung und ein Schüler-Antwrt-Blatt. 2. Jedes Teammitglied bekmmt eine spezielle Aufgabe. Wenn ein Team aus vier Persnen besteht, könnte das flgendermaßen aussehen: Schüler 1 beschäftigt sich mit der Experimentieranleitung. Dieser Schüler liest die Anleitung, damit sichergestellt ist, dass sie das Messerfassungssystem krrekt bedienen. Schüler 2 ist dafür verantwrtlich, dass das Schüler-Antwrtblatt fertig gestellt wird. Schüler 3 ist für die Bedienung und Kntrlle der Geräte verantwrtlich. Schüler 4 bedient den Cmputer. 3. Der Xplrer wird an den USB-Anschluss des Cmputers angeschlssen. - Seite 6 vn 17 -

7 4. Leider muss der Sund-Sensr des Xplrer-GLX im PASPORTAL-Fenster der DataStudi- Sftware manuell eingebunden werden. Im Menue vn DataStudi wird unter Einstellungen der Sundsensr des Xplrer-GLX gewählt. 5. Nun wählt man die passende DataStudi-Knfiguratin-Dateien mit den Namen: FK01 Pendel.ds FK 01 Stimmgabel.ds und fährt entsprechend den Instruktinen auf den Schüler-Experimentier-Anleitungen frt. Sie können die Dateien als gepacktes Archiv hier der über unsere Internet-Seite dwnladen. Vraussagen Die Teams beantwrten das Schüler-Antwrt-Blatt als Hausaufgabe. Im Sinne der s genannten Galileischen Methde (Experimente sind immer theriegeleitet) im Sinne der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise ( auf der Basis vn Hypthesen, Mdellvrstellungen und schn vrhandenen Therien werden Vrhersagen frmuliert; im Experiment werden diese Vrhersagen falsifiziert der verifiziert ) - ist es wesentlich, dass die verbale Beschreibung und die Vrhersagen frmuliert wurden, bevr die Messung durchgeführt wird. Setup Die Experimentieranleitung stellt die hier ntwendigen Arbeitschritte dar. Das Schüler-Antwrtblatt frdert die Schüler auf, die passenden Daten aufzunehmen, das Ergebnis zu analysieren und zu beurteilen b ein hinreichendes Verständnis erwrben wurde. Datenaufnahme Anweisungen zur Aufnahme der Messdaten stehen in den Schüler-Experimentieranleitungen. Die Schüler sllten sich darüber infrmieren, welche Infrmatinen ntwendig sind, damit sie die Messdaten erfassen können. Analyse Die Schüler verwenden die aufgenmmen Messdaten, um die im Schüler-Antwrt-Blatt gestellten Fragen zu beantwrten. Typische Antwrten sind in der Lehrerversin dieses Antwrtblattes abgedruckt. Anwendung In diesem Abschnitt sllen die Schüler ausgehend vn tragfähigen Präknzepten, Infrmatinen aus dem einführenden Impulsreferat und den anschließenden Teamarbeiten UND den durchgeführten Messungen als auf der Basis des nun vrhandenen Wissens dieses neu erwrbene Fachwissen und die dabei gelernten Fachmethden auf eine andere Situatin anwenden als einen Transfer durchführen. - Seite 7 vn 17 -

8 Typische Antwrten In diesem Abschnitt werden typische Antwrten aufgeführt, die man in der anvisierten Klassenstufe eventuell erwarten kann. Vrhersagen beim Fadenpendel: 1. Wir vermuten, die Peridendauer des Fadenpendels ist abhängig vn der Masse der Fadenpendelschwingung. Bei gleicher Fadenlänge und Amplitude werden unterschiedliche Massen angehängt und die zugehörige Peridenlänge gemessen. Wir erwarten, dass sich bei größerer Masse eine größere Peridendauer ergibt. Das Experiment widerlegt unsere Vrhersagen! Die Peride der Fadenpendelschwingung ist unabhängig vn der Masse. 2. Wir vermuten, die Peridendauer des Fadenpendels ist abhängig vn der Amplitude der Fadenpendelschwingung. Bei gleicher Fadenlänge und Masse des Pendelkörpers wird das Pendel unterschiedlich stark angestßen und die zugehörige Peridenlänge gemessen. Wir erwarten, dass sich bei größerer Amplitude eine größere Peridendauer ergibt. Das Experiment widerlegt unsere Vrhersagen! Die Peride der Fadenpendelschwingung ist unabhängig vn der Amplitude der Schwingung als unabhängig davn, wie stark man das Fadenpendel am Anfang auslenkt. 3. Wir vermuten, die Peridendauer des Fadenpendels ist abhängig vn der Länge des Fadens. Bei gleicher Masse und Amplitude erwarten wir bei einem längeren Faden eine größere Peridenlänge. Das Experiment bestätigt unsere Vrhersagen! Die Peride der Fadenpendelschwingung ist eine Funktin der Pendellänge. Allerdings ergibt eine dppelte Pendellänge keine dppelte Peride. Die beiden physikalischen Größen sind als nicht direkt prprtinal zueinander. Vrhersagen beim Federpendel: 4. Wir vermuten, die Peridendauer des Federpendels ist abhängig vn der Masse der Federpendelschwingung. Bei der gleichen Feder und gleichen Amplitude werden unterschiedliche Massen angehängt und die zugehörige Peridenlänge gemessen. Wir erwarten, dass sich bei größerer Masse eine größere Peridendauer ergibt. Das Experiment bestätigt unsere Vrhersagen! Die Peride der Federpendelschwingung ist unabhängig vn der Masse des Feder-Schwere-Pendels. 5. Wir vermuten, die Peridendauer des Federpendels ist abhängig vn der Amplitude der Federpendelschwingung. Bei der gleichen Feder und gleichen Masse wird die Feder unterschiedlich weit ausgelenkt und die zugehörige Peridenlänge gemessen. Wir erwarten, dass sich bei größerer Amplitude eine größere Peridendauer ergibt. Das Experiment widerlegt unsere Vrhersagen! Die Peride der Federpendelschwingung ist unabhängig vn der Amplitude der Schwingung als unabhängig davn, wie stark man das Federpendel am Anfang auslenkt. 6. Wir vermuten, die Peridendauer des Federpendels ist abhängig vn der Federsrte. Bei gleicher Masse und Amplitude erwarten wir bei eine weicheren Feder eine größere Peridenlänge. Wir vermuten, dass sich bei grßer Federhärte eine kleine Peridenlänge ergibt. Das Experiment bestätigt unsere Vrhersagen! Die Peridendauer der Federpendelschwingung ist eine Funktin der Federhärte. Allerdings ergibt eine dppelte Federhärte keine dppelte Frequenz. Die beiden physikalischen Größen sind als nicht direkt prprtinal zueinander. Vrhersagen bei der Stimmgabel: 7. Wir vermuten, die Peridendauer, Frequenz der Stimmgabel ist unabhängig davn, wie stark man die Stimmgabel anschlägt; als ist die Frequenz der Stimmgabel unabhängig vn ihrer Amplitude. Das Experiment bestätigt unsere Vrhersagen! Die Frequenz der Stimmgabel ist unabhängig vn der Amplitude der Schwingung als unabhängig davn, wie stark man die Stimmgabel anschlägt und der wahrnehmbare Tn ändert sich nicht, wenn durch Dämpfung die Amplitude der Stimmgabel im Laufe der Zeit kleiner wird. 8. Eine Zusatzmasse an den Zinken der Stimmgabel wird die Frequenz der Stimmgabel reduzieren. Das Experiment bestätigt unsere Vrhersagen! Die Frequenz der Stimmgabel nimmt mit zunehmender Zinken- - Seite 8 vn 17 -

9 masse ab. Bewertung In diesem Abschnitt werden Lernzielkntrllen beschrieben UND Vrschläge für mögliche Bewertungen gemacht: Haben die Schüler die Ausstattung richtig angeschlssen? Sind sie entsprechend den Anweisungen vrgegangen? Können die Schüler zeigen, dass sie durch ihre Bebachtungen während der Messungen ihre e- ventuell falschen Vrhersagen reflektiert krrigieren können? Haben die Schüler die Fragen auf dem Schüler-Antwrtblatt richtig beantwrtet. Haben die Teams zu den hier vrgestellten Experimenten einen Alltagsbezug frmulieren können z.b. die Tnhöhe einer Glcke hängt nicht davn ab, wie stark man sie anschlägt z.b. Grße Glcken mit grßer Masse erzeugen einen tiefen Tn, während kleine Glcken mit einer kleinen Masse einen höheren Tn erzeugen z.b. bei eine Pendeluhr muss man darauf achten, dass die Pendellänge knstant bleibt, wenn man will, dass die Uhr gleichmäßig läuft. - Seite 9 vn 17 -

10 Schüler-Exp-Anleitung Vm Pendel zur Stimmgabel Einführung Wir wllen bei einem Fadenpendel, einem Federpendel und einer Stimmgabel untersuchen, wvn die Peridendauer der zugehörigen Schwingung abhängt. Geräteausstattung Cmputer mit einem USB-Anschluss Xplrer-GLX-Grundgerät (Best.-Nr ) DataStudi Sftware (Dwnlad der kstenlsen DataStudi Lite-Versin: hier) Experimentieranleitung Schüler-Antwrtblatt Sicherheitshinweis: Achten Sie srgfältig auf die Anweisungen bei der Bedienung der Geräte! Hintergrund In der Mitte vr dem Labrtisch hängt ein Fadenpendel mit einer Masse vn 10kg vn der Decke. Es ist ein impsanter Anblick, wenn diese 10kg-Kugel bis zur Wand des Fensters ausgelenkt und dann lsgelassen wird. Auf dem Labrtisch steht eine alte Pendeluhr mit ffener Türe, s dass man das Pendel, das regelmäßig hin und her schwingt, gut sehen kann. Aus einem Vrversuche sind flgende drei Experimente (Faden-Pendel, Federpendel, waagrechter Federschwinger und eine Stimmgabel) bekannt, die alle durch die physikalischen Größen Peridendauer, Frequenz und Amplitude beschrieben werden können. Vrhersage Vr der Messung mit dem Messerfassungssystem beantwrten Sie bitte den Teil des Schüler- Antwrtblattes, der sich mit den Vrhersagen befasst. Messung Cmputer-Setup 1. Schließen Sie den Xplrer-GLX am USB-Anschluss des Cmputers an. - Seite 10 vn 17 -

11 2. Leider muss der Sund-Sensr des Xplrer-GLX im PASPORTAL-Fenster der DataStudi-Sftware manuell eingebunden werden. Im Menue vn DataStudi wird unter Einstellungen der Sundsensr des Xplrer-GLX gewählt. 3. Nun wählt man die passende DataStudi-Knfiguratin-Datei mit dem Namen: FK01 Pendel-Stimmgabel T.ds und fährt entsprechend den Instruktinen auf den Schüler-Experimentier-Anleitungen frt. Hinweis: Die Knfiguratins-Datei aktiviert die passende Bildschirmausgabe und die Messrate. Ausstattungs-Setup Fadenpendel 1. Mit passenden Stativstangen, einem Faden und einem Pendelkörper wird ein Fadenpendel aufgebaut. 2. Am Mikrphn wird ein Tesafilmstreifen senkrecht nach ben aufgeklebt. 3. Am Pendelkörper wird ein Tesafilmstreifen senkrecht nach unten aufgeklebt. 4. Das Fadenpendel wird s justiert, dass bei jedem Durchgang des Fadenpendels durch die Ruhelage, der Tesafilm-Streifen der Masse den Tesafilmstreifen über dem Mikrphn verbiegt. Das dabei entstehende Geräusch wird vn dem Mikrphn aufgezeichnet. 5. Je nach der zu untersuchenden Vrhersage werden in unterschiedlichen Experimenten, die nacheinander durchgeführt werden, die Masse, die Pendellänge und die Amplitude verändert. Es muss nicht betnt werden, dass man jeweils immer nur eine physikalische Größer vn Experiment zu Experiment verändern darf, wenn man herausbekmmen will, wie die Peridendauer vn diesen physikalischen Größen abhängen. Federpendel 1. Mit passenden Stativstangen, einer Feder und einem Pendelkörper wird ein Federpendel aufgebaut. 2. Am Mikrphn wird ein Tesafilmstreifen waagrecht weit über den Rand des Xplrer-GLX aufgeklebt. 3. Am Pendelkörper wird ein Tesafilmstreifen waagrecht aufgeklebt. 4. Das Federpendel wird s justiert, dass bei jedem Durchgang des Federpendels durch die Ruhelage, der Tesafilm-Streifen am Pendelkörper den Tesafilmstreifen am Mikrphn verbiegt. Das dabei entstehende Geräusch wird vn dem Mikrphn aufgezeichnet. Man muss sehr srgfältig darauf achten, dass der Pendelkörper nicht das Mikrphn der das Xplrer-GLX-Grundgerät trifft und dabei beschädigt. 5. Je nach der zu untersuchenden Vrhersage werden in unterschiedlichen Experimenten, die nacheinander durchgeführt werden, die Masse und die Amplitude verändert. Es muss nicht betnt werden, dass man jeweils immer nur eine physikalische Größer vn Experiment zu Experiment verändern darf, wenn man herausbekmmen will, wie die Peridendauer vn diesen physikalischen Größen abhängen. Will man die Abhängigkeit der Peridendauer vn der Federhärte testen, muss man die Anlage jeweils srgfältig neu justieren! Stimmgabel Die Stimmgabel wird angeschlagen und während der Messwertaufnahme vrsichtig über dem Mikrphn platziert. - Seite 11 vn 17 -

12 Messwerterfassung (Datenaufnahme) Experiment Nr. 1 - Fadenpendel 1. Das Sund-T-Diagramm liefert entlang der t-achse in regelmäßigen Abständen Geräuschsignale, die bei der Berührung der beiden Tesafilmstreifen jeweils entstehen. 2. Die Peridenlänge kann man aus der Zeit für 10 vlle Durchgänge leicht berechnen. Achtung: Zu jedem vllen Durchgang gehören zwei Sund-Signale. 3. In passender Weise wird die Fadenlänge bei gleicher Pendelmasse und gleicher Amplitude verändert und die Messung wiederhlt. 4. In passender Weise wird die Pendelmasse bei gleicher Fadenlänge und gleicher Amplitude verändert und die Messung wiederhlt. 5. In passender Weise wird die Amplitude bei gleicher Pendelmasse und gleicher Fadenlänge verändert und die Messung wiederhlt. Experiment Nr. 2 - Federpendel 1. Das Sund-T-Diagramm liefert entlang der t-achse in regelmäßigen Abständen Geräuschsignale, die bei der Berührung der beiden Tesafilmstreifen jeweils entstehen. 2. Die Peridenlänge kann man aus der Zeit für 10 vlle Durchgänge leicht berechnen. Achtung: Zu jedem vllen Durchgang gehören zwei Sund-Signale. 3. In passender Weise wird die Pendelmasse bei der gleichen Feder und bei gleicher Amplitude verändert und die Messung wiederhlt. 4. In passender Weise wird die Amplitude bei gleicher Pendelmasse verändert und die Messung wiederhlt. 5. Diese Versuche werden nun bei einer anderen Federhärte wiederhlt. Experiment Nr Die Stimmgabel hat eine sehr kleine Peridendauer und damit entfallen auf ein Messzeit vn einigen Sekunden s viele Schwingungen, dass man sie nicht mehr vneinander unterscheiden kann. Daher stellt man in der DataStudi-Sftware eine Messzeit vn Bruchteilen einer Sekunde ein. Der Cmputer stppt dann autmatisch nach dieser sinnvll kurz gewählten Zeit die Messung, s dass auf einem Sund-t-Diagramm nur wenige Schwingungen zu sehen sind und damit eine Auswertung ü- berhaupt erst möglich ist. 2. Die bige Messung der Peridendauer wird bei unterschiedlich starken Amplituden wiederhlt. Ausblicke Mit Sicherheit wurden einige Vrhersagen durch das zugehörige Experiment falsifiziert. Erstaunlich ist hierbei wahrscheinlich, dass die Peridendauer eines Fadenpendels im Rahmen gewisser Randbedingungen nur vn der Länge des Pendels abhängt. Das hier trainierte Verfahren nennt man Galileische Methde: Alle Experimente sind theriegeleitet. Auf Galilei geht die hier praktizierte naturwissenschaftliche Arbeitsweise zurück: Auf Grund vn Hypthesen, Mdellvrstellungen, Therien werden Vrhersagen gemacht die man in einem Experiment überprüfen kann. Wird die Vrhersage durch das Experiment falsifiziert, dann ist die Hypthese, Mdellvrstellung der Therie, die zu dieser Vrhersage geführt hat, falsifiziert und es besteht Handlungsbedarf neue Therie der Einschränkung auf bestimmte Randbedingungen. Wird die getrffene Vrhersage aber verifiziert, dann wächst das Vertrauen in die zu Grunde liegende Hypthese, Mdellvrstellung der Therie. Prinzipiell kann man physikalische Therien aber nie beweisen, denn es könnte ja schn mrgen ein - Seite 12 vn 17 -

13 Experiment zu einer Falsifizierung führen. Literatur [01] Ppper [02] Handbuch zum Xplrer-GLX - Seite 13 vn 17 -

14 Schülerantwrtblatt Verwenden Sie zur Beantwrtung der flgenden Fragen geeignete Ressurcen (Schulbuch, Schulbiblithek, Internet, Expertenwissen ) [A] Definitinen Begriffe [A.01] [A.02] [A.03] [A.04] Was versteht man unter einer Peridenlänge? Was versteht man unter einer Frequenz? Wie kann man aus der Peridenlänge die zugehörige Frequenz berechnen? Was versteht man unter einer Amplitude? [B] Vrhersagen (im Sinne der Galileischen Methde) [B.01] [B.02] [B.03] Vn welchen Randbedingungen hängt bei einem Fadenpendel die Peridendauer dieses Fadenpendels ab? Vn welchen Randbedingungen hängt bei einem Federpendel die Peridendauer dieses Federpendels ab? Vn welchen Randbedingungen hängt bei einer Stimmgabel die Frequenz der Stimmgabel ab? [C] Messung [C.01] [C.02] [C.03] Nehmen Sie die Messwerte für das Experiment 1-Fadenpendel auf a. Dkumentieren Sie Ihre Messwerte! b. Analysieren Sie die aufgenmmenen Diagramme: Bestimmen Sie Peridendauer T des Fadenpendels in Abhängigkeit der gewählten Randbedingungen! c. Nehmen Sie die Messwerte für das Experiment 2-Federpendel auf a. Dkumentieren Sie Ihre Messwerte! b. Analysieren Sie die aufgenmmenen Diagramme: Bestimmen Sie Peridendauer T des Federpendels in Abhängigkeit der gewählten Randbedingungen! Nehmen Sie die Messwerte für das Experiment 1-Fadenpendel auf a. Dkumentieren Sie Ihre Messwerte! b. Analysieren Sie die aufgenmmenen Diagramme: Bestimmen Sie Peridendauer T und die Frequenz der Stimmgabel in Abhängigkeit der gewählten Randbedingungen! c. Welche Flgerungen bzgl. der gemachten Vrhersagen können Sie ziehen? [D] Flgerungen Analyse Synthesize - Lernzielkntrlle [D.01] [D.02] [D.03] Welche Flgerungen bzgl. der gemachten Vrhersagen beim Fadenpendel können Sie ziehen? Welche Flgerungen bzgl. der gemachten Vrhersagen beim Federpendel können Sie ziehen? Welche Flgerungen bzgl. der gemachten Vrhersagen bei der Stimmgabel können Sie ziehen? - Seite 14 vn 17 -

15 [D.04] [D.05] [D.06] Wie würden Sie Ihren Eltern, Geschwister usw. erklären, was man unter Frequenz, Peridendauer und Amplitude versteht? Haben Sie eine Therie darüber, warum die Peridendauer des Fadenpendels nur vn der Fadenlänge abhängt? Welche Peridendauer hätte ein Fadenpendel auf dem Mnd (im Vergleich zur Erde)? - Seite 15 vn 17 -

16 Lehrerinfrmatins-Seite Wenn die Schüler-Vermutung aufkmmt, dass die Peridendauer beim Faden- und der Feder-Pendel vn der Dämpfung abhängt, kann man diese Vermutungen wenigstens ein Stück weit mit Dämpfungsfahnen an den Pendelmassen untersuchen. Selbstverständlich bleibt es der Kursstufe überlassen, die zugehörigen Differentialgleichungen aufzustellen und die zugehörigen Peridendauern deduktiv abzuleiten und mit den hier gewnnen Messwerten zu vergleichen. Interessante Frage zu Stimmgabel mit Blick auf hchbegabte Hchleister in einem differenzierten Unterricht ergeben sich in flgende Richtungen: Man drückt eine angestßene Stimmgabel fest auf eine Hlzunterlage der nch besser auf einen passenden Resnanzkörper. Welche Schwingungsfrm muss die Stimmgabel ausführen, wenn man bebachten kann, dass die Stimmgabel Energie auf die Unterlage abgeben kann. Welche Rlle spielen die Resnanzkörper, die man als Fuß bei vielen Stimmgabeln findet. In welcher Bandbreite werden Stimmgabeln in Resnanz angeregt? Diese Bandbreite kann man mit Frequenzgeneratren (im Xplrer-GLX eingebaut) leicht nachprüfen. Das Bild am Anfang dieser Unterrichtsbeschreibung zeigt Wasserspritzer, wenn man eine Stimmgabel kräftig anschlägt und dann ins Wasser hält. Taucht man die Stimmgabel mit den Zinken ins Wasser, müsste man eventuell erwarten, dass die Schwingung der Stimmgabel gedämpft wird und der wahrnehmbare Tn leiser wird. Warum kann man gerade das Gegenteil bebachten? Ein schönes Experiment ergibt sich, wenn man einen Tennisball s aufhängt, dass er die senkrechten Zinken einer Stimmgabel gerade eben berührt. Vr dem Resnanzkasten der Stimmgabel steht der Lautsprecher eines Sinusgeneratrs, der verschiedene Frequenzen in der Nähe der Resnanzfrequenz der Stimmgabel liefern kann. An der Resnanzstelle fliegt der Tischtennisball spektakulär weg. - Seite 16 vn 17 -

17 Die Versuchsanleitung ist entnmmen aus PASPORT Explratins in Physics Übersetzt vm Amerikanischen ins Deutsche und inhaltlich überarbeitet vn Prf. Franz Kranzinger. - Seite 17 vn 17 -