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Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit
Aufgabe 1.0: Philosophie der Bewegungen
Die Welt ist voll von Bewegungen.
Etwas überspitzt könnte man behaupten: “Alles ist in Bewegung”. (1)
Wirklich? Es gibt auch viel, das für die Antithese spricht: “Nichts ist in Bewegung.” (2)
Finden Sie je 2 Argumente für Behauptung (1) und (2) !
Physiker geben sich nicht mit philosophischen Überlegungen zufrieden, auch wenn sich die Physik einst aus der Philosophie heraus entwickelt hat.
Sie wollen Bewegung definieren und messen.
Definition: Bewegung bedeutet Ortsveränderung eines Objektes im Verlauf der Zeit.
Erläuterung: Wir brauchen also zwei so genannte Dimensionen, um Bewegung festzustellen: Raum und Zeit. Bei einer Bewegung ändert sich der Ort des Objekts im Raum, während sich auch die Zeit ändert.
Aufgrund dieser Definition ist das Messen von Bewegungen möglich. Hier ein Beispiel für das messtechnische Erfassen einer Bewegung. Zunächst beschäftigen wir uns mit dem einfachsten Bewegungstyp, der geradlinig-gleichförmigen Bewegung. Gleichförmig bedeutet, dass die Geschwindigkeit gleich bleibt.
Versuch 1.1: Nadelstreifen-Versuch.
(1) Magnetspule
(2) Anker aus ferromagnetischem Metall
(3) Versuchswagen
(4) Schiefe Ebene
(5) Teststreifen
(6) Permanent-Magnet als Auflage
Wir verwenden eine Apparatur, die in der Lage ist, mit einer Nadel in regelmäßigem Abstand Tupfer auf einen Teststreifen zu setzten. Ein Elektromagnet wird dazu mit einer Wechselspannung von 6 V betrieben. Dies bewirkt, dass der ferromagnetische Anker mit einer Frequenz von 50 Hz (Herz) umgepolt wird, und damit fünfzig mal in der Sekunde von dem Permanetmagneten, der als Auflage dient, angezogen wird. Rollt der Versuchswagen mit konstanter Geschwindigkeit die Schiefe Ebene hinab, werden also auf den Teststreifen 50 Nadelstiche pro Sekunde gesetzt. (Anmerkung: Die Reibung verhindert, dass der Wagen auf der Schiefen Ebene schneller wird.)
Messergebnis: Wir erhalten als Spur eine Reihe von Punkten: Spur (A).
Anschließend wird der Versuch erneut ausgeführt, allerdings mit einer anderen Geschwindigkeit: Spur (B) .
Aufgabe 1.1: Auswertung
Werten Sie den Versuch 1.1 aus!
Überlegen Sie dazu:
- a) Ab welcher Stelle verläuft die Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit?
- b) Wie viel Zeit vergeht zwischen zwei Tupfern, wenn die Nadel mit einer Frequenz von 50 Hz auf den Streifen tupft?
- c) Ist das Wägelchen im Fall (A) oder (B) schneller?
- d) Was nehmen wir am besten als Ortsveränderung, wenn wir möglichst genaue Ergebnisse erzielen wollen?
- e) Berechnen Sie nun die Geschwindigkeit im Fall (A) und (B) !
