Meßwertaufnahme

Im Alltag sehen oder erfahren wir von der reibungsbehafteten Bewegungen eines Körpers durch die Luft mit konstanter Antriebskraft nur Abschnitte. Die Strecke bis zum Erreichen des dynamischen Kräftegleichgewichts ist häufig zu groß. Beim Regen sehen wir z. B. nur den Bewegungsabschnitt mit konstanter Endgeschwindigkeit, beim Fallen von Alltagsgegenständen nur den mit gleichmäßig zunehmender Geschwindigkeit.

Mit einem selbst hergestellten roten Papierkegel (r = 7 cm, m = 1,9 g) und der Videoanalyse ist es möglich den Übergang vom statischen ins dynamische Kräftegleichgewicht und die Newtonsche Reibungskraft im Physiksaal zu untersuchen. Aufgrund der relativ langsamen Sinkbewegung können viele Messpunkte der bewegten Kegelspitze aufgenommen werden.

Versuchsauswertung

Weg-Zeit- und Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm

Die Schüler können im y(t)-Diagramm den zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeiten mündlich beschreiben oder ins Diagramm einzeichnen (möglich in Coach 5). Mit dem Ableitungstool kann das v(t)-Diagramm erstellt werden. Aufgrund der Differenzenbildung machen sich Messfehler stark bemerkbar. Den Schülern kann an dieser Stelle gezeigt werden, dass sich bei Weglassen jedes zweiten Bildes (vergrößertes Zeitintervall) eine Glättung von v(t) ergibt.

Bestimmung des c_w-Wertes

Die Endgeschwindigkeit des Papierkegels kann sehr genau aus dem y(t)-Diagramm aus zwei möglichst weit auseinander liegenden Messwertpaaren im Bewegungsabschnitt mit konstanter Geschwindigkeit ermittelt werden. Alternativ kann mit Auswertetools die Steigung ermittelt oder ein Fit mit dem Ansatz f(x) = ax + b durchgeführt werden. Aus dem dynamischen Kräftegleichgewicht erhält man cw = 0,81.