Actio=Reactio durch Messung der Beschleunigungen (Stoß)

auch für Mobile-CASSY 2 und Pocket-CASSY und geeignet

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Versuchsbeschreibung

Es werden während eines elastischen Stoßes die Beschleunigungen a1(t) und a2(t) beider Wagen gemessen. Multipliziert man die gemessenen Beschleunigungen mit den Massen m1 und m2, so erhält man die Kräfte F1(t) und F2(t). Es wird bestätigt, dass während des Stoßes F1(t) = -F2(t).

Messprinzip

Wird ein Kraftsensor der Masse m so auf einem Wagen angebracht, dass die Hälfte des Sensors, an dem die Zuleitung befestigt ist, fest am Wagen montiert ist, hängt die andere Hälfte der Masse m/2 beweglich in der Luft. Beschleunigt man nun den Wagen, so übt diese Masse die Trägheitskraft F=m·a/2 aus. Diese Kraft wird vom Kraftsensor gemessen und automatisch in die Beschleunigung a umgerechnet.

Nach Angabe der beiden beschleunigten Massen (Wagen + Kraftsensor + Feder) berechnet die Software daraus die beiden Kräfte F1(t) = m1·a1(t) und F2(t) = m2·a2(t).

Benötigte Geräte

1 Sensor-CASSY 524 010 oder 524 013
1 CASSY Lab 2 524 220
2 Kraftsensoren S, ±50 N 524 042
4 Kupplungsstecker  340 89
1 Fahrbahn 337 130
2 Fahrbahnwagen  337 110
1 Paar Zusatzmassen 337 114
1 Große Stoßfeder 337 473
1 Kleiner Stativfuß, V-förmig 300 02
1 Stativstange, 1 m 300 44
1 Muffe mit Ring 608 100
1 PC mit Windows XP/Vista/7/8  

Versuchsaufbau (siehe Skizze)

Die beiden Kraftsensoren werden mit jeweils 2 Kupplungssteckern so an den Außenseiten der Wagen befestigen, dass die Zuleitungen starr am Wagen und nicht an der beweglichen Hälfte des Kraftsensors herausgeführt sind. Dabei die Zuleitungen so sichern, dass sie sich beim Stoß nicht im Kraftsensor bewegen (z. B. mit Tesafilm am Wagen sichern). Außerdem die Zuleitungen so führen, dass sie beim Stoß die Wagen nicht behindern.

Der Stoß wird mit der großen Stoßfeder abgefangen, die an einem der beiden Wagen auf der Innenseite befestigt ist. Es wurde bewusst die große Stoßfeder vorgeschlagen, da damit der Stoßvorgang etwas länger dauert und deshalb während des Stoßes mehr Messwerte aufgenommen werden können. Die Feder ist aber relativ weich und sollte beim Stoßvorgang nicht überlastet werden.

Versuchsdurchführung

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Auswertung

Die Darstellung Standard zeigt die beiden a(t)-Diagramme und die Darstellung Kraft die dazugehörenden F(t)-Diagramme (siehe Messprinzip).

In den F(t)-Diagrammen sieht man leicht, dass

F1(t) = -F2(t)     ("Actio = Reactio").

Damit kann nun auch der Impulserhaltungssatz gefolgert werden, da die Integrale über beide Kurven (Impulsüberträge) zwischen zwei beliebigen Zeiten t1 und t2 immer vom Betrag gleich groß sind und ein entgegengesetztes Vorzeichen haben.


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