HTA Chur: Abteilung Telecom: Physik: Praktikum
^ M1 Dichte
Ziel:
Es soll mit verschiedenen Methoden die Dichte von Stoffen bestimmt werden.
Die Methoden sollen bezüglich ihrer Genauigkeit bewertet werden.
Methoden:
A: Dichte von festen Stoffen
1. aus Masse und Volumen
2. mit der hydrostatischen Waage/Jollysche Federwaage
B: Dichte von Flüssigkeiten
Relative Dichte von Flüssigkeiten mit der Mohrschen Waage
C: Dichte von Gasen
Luftdichte
Erläuterungen:
Zu beachten sind die zur Dichte ähnlichen Grössen wie das spezifische
Gewicht (Wichte). Zur Vorbereitung gehört der Überblick über
die verschiedenen Methoden der Dichtebestimmung. Im Praktikum wird eine
Versuchsgruppe A, B oder C durchgeführt.
Theorie:
Masse, Gewicht, Kraft, Länge, Fläche, Volumen, Dichte, Wichte,
Stoff-Körper, Eigenschaften von Stoffen, Aggregatszustände, Auftrieb
in Flüssigkeiten, Hooke'sches Gesetz.
Literatur:
Physikalisches Praktikum: Walcher S. 49 ff.; Westphal S. 26 ff.
Geräte:
Laborwaage (Mettler/Steinegger)
Messzylinder
Schieblehre
Mikrometerschraube
Jollysche Federwaage
- Stativ hoch mit Skala
- Halter für Schraubenfeder
- Tablar mit Tragebalken zur Befestigung am Stativ
- Schraubenfeder
- Becherglas klein
- verschiedene Probekörper
- geeichte Gewichtstücke zur Bestimmung der Federkonstante
- Mohrsche Waage: verpackt in blauem Koffer
- Probeflüssigkeiten (Alkohol, Glyzerin, Wasser)
- Glaskolben für die Luftdichte (mit Korkring)
- Vakuumpumpe
^ M2 Lineare Bewegung
Ziel:
Es sollen die Zusammenhänge zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung,
Masse und Kraft bei einer geradlinigen Bewegung experimentell erfasst und
untersucht werden.
Methoden:
Es wird die Bewegung eines Gleiters auf einer Luftkissenbahn studiert.
Der Gleiter wird einmal durch eine fallende Masse beschleunigt, Weg, Geschwindigkeit
und Beschleunigung werden mit dem Bewegungsmesswandler registriert und
auf einem y-t-Schreiber dargestellt. Im anderen Fall wird die Beschleunigung
des Gleiters auf einer schiefen Ebene gemessen, woraus sich die Erdbeschleunigung
berechnen lässt.
Erläuterungen:
Bei Experimenten auf der Luftkissenbahn wird zwar die Reibung sehr stark
vermindert, eine Restreibung bleibt aber dennoch. Ferner ist der Luftwiderstand
auch nicht ganz zu vernachlässigen, sodass mit gewissen Abweichungen
von den theoretisch erwarteteten Werten zu rechnen ist. Bei Beschleunigungsversuchen
ist zu beachten, dass neben dem Luftkissengleiter die beschleunigende Masse
ebenso beschleunigt werden muss. Ebenfalls wird die Rolle, über die
das Seil läuft, auch beschleunigt. Auch dieser Effekt ist mit zu berücksichtigen.
Theorie:
Kinematik der geradlinigen Bewegungen, Newtonsche Axiome
Literatur:
Physikalisches Praktikum: Becker S. 8 ff., Leybold: Bewegungsmesswandler
Geräte:
1 Luftkissenbahn mit Gleiter und Zusatzmassen
1 Haltemagnet
1 Bewegungsmesswandler
1 y-t-Schreiber
1 Drehspulgalvanometer
^ M3 Reversionspendel
Ziel:
Es soll die Erdbeschleunigung g ermittelt werden (auf 1% genau).
Methode:
Mit dem Reversionspendel kann die Erdbeschleunigung g genauer als mit dem
Fadenpendel bestimmt werden.
Erläuterungen:
Das Reversionspendel besteht aus einem Metallstab mit zwei Auflagepunkten
(Drehpunkte) mit festem Abstand und zwei Laufgewichten, welche so eingestellt
werden können, dass die Schwingungsdauer bei Auflage an beiden Drehpunkten
gleich gross wird. Theorie: Kinematik, Dynamik, Schwingungen, Trägheitsmoment,
Drehmoment, Drehbewegung.
Literatur:
Lehrbuch: Gerthsen S. 61 f., Physikalisches Praktikum: Ilberg S. 76
ff., Kretschmar S. 39 ff.,
Geräte:
Reversionspendel auf Stativ, mit Laufgewichten
Stopuhr
^ M4 Kundt'sches Rohr
Ziel:
Mit dem Kundt'schen Rohr soll die Schallgeschwindigkeit in Luft ermittelt
werden.
Methoden:
In einem Glasrohr werden stehende Wellen erzeugt. Mit Korkpulver können
diese stehenden Wellen sichtbargemacht werden. Somit kann man auch die
Wellenlänge messen. Die Frequenz des Wellenerregers kann aus den Schwingungsdaten
des Tonerzeugers bestimmt werden.
Erläuterungen:
Das Kundt'sche Rohr eignet sich auch zur Schallgeschwindigkeitsbestimmung
in anderen Gasen als Luft. Dazu wird das Rohr mit dem jeweiligen Gas gefüllt
(z.B. CO2, Erdgas, ...)
Theorie:
Mechanische Schwingungen und Wellen, Akustik
Literatur:
Physikalisches Praktikum: Westphal S. 104 ff., Walcher S. 88 ff.
Geräte:
1 Glasrohr
1 Füllstreifen
1 Messingrohr
1 Abstimmschieber
1 Lappen zum Reiben des Messingrohres Kolophonium
Korkpulver
Stativmaterial
^ M5 Drehschwingungen
Ziel:
Es soll das Direktionsmoment (Winkelrichtgrösse) einer Spiralfeder
und das Trägheitsmoment verschiedener Körper bestimmt werden.
Die experimentell ermittelten Werte für das Trägheitsmoment sollen
mit dem theoretisch zu erwartenden Wert verglichen werden.
Methoden:
Das Direktionsmoment und die Trägheitsmomente werden dynamisch, also
aus den Schwingungsdaten des Systems bestimmt.
Erläuterungen:
Die dynamische Messung des Direktionsmoments hat gegenüber einer statischen
Messung mit einer Federwaage den Vorteil grösserer Genauigkeit. Allerdings
muss das Trägheitsmoment eines Kör pers bekannt sein. Das Trägheitsmoment
eines Zylinders mit bekannten Massen kann aber leicht berechnet werden.
Theorie:
Dynamik, Rotation, Kraft, Drehmoment, Drehimpuls, Trägheitsmoment,
Steinerscher Satz, Schwingungen
Literatur:
Lehrbuch: Metzler, S. 66 ff., S. 102 ff. Physikalisches Praktikum:
Ilberg, S. 70 ff., S. 86 ff.
Geräte:
1 Drillachse
1 Kugel
1 Holzscheibe
1 Hohlzylinder
1 Vollzylinder
1 Untersatz für Zylinder
1 Stab mit verschiebbaren Massen
^ M6 Torsion
Ziel:
Aus der Verdrillung von Metallstäben soll der Schubmodul der jeweiligen
Materialien bestimmt werden, und zwar mit einer statischen und einer dynamischen
Methode (Drehschwingungen).
Methoden:
Bei der statischen Methode wird ein Metallstab verdrillt. Das dazu nötige
Drehmoment hängt von Winkel, Durchmesser und Länge des Stabes
ab. Als Faktor tritt dabei der Schubmodul auf, der die Eigenschaften des
Materials beschreibt. Der Schubmodul kann aber auch aus der Periodenlänge
einer Drehschwingung bestimmt werden.
Erläuterungen:
Die beiden Methoden zur Bestimmung des Schubmoduls basieren auf unterschiedlichen
zu messenden Grössen. Dabei wird vermutlich die eine Methode der anderen
bezüglich Messgenauigkeit überlegen sein.
Theorie:
Dynamik, Rotation, Kraft, Drehmoment, Drehimpuls, Trägheitsmoment,
Steinerscher Satz, Schwingungen, Hookesches Gesetz
Literatur:
Lehrbuch: Metzler, S. 66 ff., S. 102 ff., Gerthsen S. 101 ff. Physikalisches
Praktikum: Walcher S. 60 ff.
Geräte:
1 Torsionsgerät Leybold
2 Laufgewichte verschiedene Kraftmesser (Federwaagen, digitaler Kraftmesser
Steinegger)
Stopuhr
^ M7 Monochord
Ziel:
Mit dem Monochord soll der Zusammenhang zwischen Frequenz und Saitenlänge
und Spannung der Saite untersucht werden.
Methoden:
Die Frequenz einer Saite wird mit einer Stimmgabel abgestimmt. Von dort
ausgehend können durch Unterteilung der Saite die Töne der Tonleiter
eingestellt werden und ihre Frequenzen aus dem Verhältnis Saitenlängen
bestimmt werden.
Erläuterungen:
Das Monochord ist sehr gut geeignet, um die Zusammenhänge zwischen
Wellenlänge und Frequenz sichtbar zu machen. Ebenso können die
Eigenschwingungen einer Saite gut beobachtet werden.
Theorie:
Akustik, Elastizität
Literatur:
Ivar Veit: "Technische Akustik", Kamprath-Reihe kurz und bündig,
Vogel-Verlag, Würzburg Lehrbuch: Bergmann-Schäfer, S. 389 ff.
Geräte:
1 Monochord
1 Steg
1 Schlüssel zum Spannen der Saiten
1 Stimmgabel 440 Hz
1 Gummihammer zur Stimmgabel
1 Kraftmesser 100 N
1 Bassbogen
Kolophonium
^ M8 Gekoppelte Pendel
Ziel:
Es soll das Schwingungsverhalten zweier gekoppelter Pendel bei gleichsinniger
und bei gegensinniger Schwingung und das Verhalten von Schwebungsschwingungen
untersucht werden.
Methoden:
Gemessen werden die Schwingungsdauern der gleichsinnigen und der gegensinnigen
Schwingung. Aus diesen Werten können die Schwingungsdauer der Schwebungsschwingung
und die Schwebungsdauer berechnet und mit den gemessenen Werten verglichen
werden. Erläuterungen: Die gekoppelten Pendel sind als gutes Modell
für die Ausbreitung mechanischer Wellen zu betrachten. Insbesondere
wird die Übertragung der Energie von einem Pendel zum anderen
bei den Schwebungsschwingungen sichtbar.
Theorie:
Kinematik, Dynamik, Schwingungen
Literatur:
Lehrbuch: Bergmann-Schäfer S. 165 f., Gerthsen S. 117 f. Physikalisches
Praktikum: Ilberg S. 82 ff., Kretschmar S. 48 ff., Becker S. 46 ff., Walcher
S. 82 ff.
Geräte:
2 Pendelstäbe mit je 1 Haken und 1 Pendelgewicht
1 Koppelungsgewicht Angelschnur
^ M9 Drehpendel
Ziel:
Es sollen die Zusammenhänge zwischen der Dämpfung und dem Schwingungsverhalten
am Drehpendel studiert werden. Ferner sollen die Resonanzphänomene
bei der erzwungenen Schwingung untersucht werden.
Methoden:
Zur Untersuchung von Schwingungen dient in erster Linie die Messung der
Periodenlänge T, aus welcher die Kreisfrequenz w bestimmt werden kann.
Das Pendel wird mit einer Wirbelstrombremse gedämpft. Der Strom ist
ein Mass für die Stärke der Dämpfung. Mit einem Gleichstrommotor,
dessen Drehfrequenz direkt proportional zur Betriebsspannung ist, kann
das Pendel erzwungene Schwingungen ausführen. Wird die Amplitude bei
verschiedenen Erregerfrequenzen gemessen, kann die Resonanzkurve ermittelt
werden.
Erläuterungen:
Bei der gedämften Schwingung sind drei Fälle von Bedeutung, nämlich
der Fall der von schwacher Dämpfung, welcher zu einer Hin- und Herbwegung
führt, der Fall von starker Dämpfung (Kriechfall), bei dem das
Pendel bei Rückbewegung die Nulllage nicht mehr überschreitet,
und der Grenzfall zwischen den beiden genannten Fällen (aperiodischer
Grenzfall).
Theorie:
Kinematik, Dynamik, Schwingungen
Literatur:
Physikalisches Praktikum: Becker; Walcher S. 88 ff.
Geräte:
1 Drehpendel mit Motor
3.9.98 kn