Freier Fall
Was bedeutet *freier Fall*?
Freier Fall bezeichnet die Beschleunigung eines Körpers ausschließlich durch die Erdanziehungskraft – auch Gravitation genannt. Wenn man beispielsweise aus einem Flugzeug springt, wird der Fall durch den Luftwiderstand abgebremst. Ein wirklich „freier Fall“ wäre nur in einem Vakuum möglich, in dem keine anderen Kräfte als die Erdanziehung wirken.
Ist es wirklich wahr, dass ein Nilpferd in einem Vakuum genauso schnell fallen würde wie ein Regenwurm?
Baut diesen *Fallturm*.
Ihr werdet damit experimentell die Gravitationskonstante bestimmen.
Führt einen Testlauf durch.
Stellt das Modell auf eine feste und ebene Oberfläche. Führt das Programm aus und wartet, bis der Berührungssensor auf dem Display angezeigt wird. Platziert die Kugel im Kugelarm und drückt auf den Berührungssensor auf der Rückseite des Fallturms, um das Fallexperiment zu starten.
Landet die Kugel auf dem Berührungssensor am Boden des Fallturms? Werden auf dem Display ein lachendes Gesicht und die Falldauer angezeigt?
Zeichnet eure Ergebnisse auf.
Notiert in einer Tabelle die Nummer des Experiments und die Falldauer. Lasst ausreichend Platz für zusätzliche Tabellenzeilen und weitere Berechnungen.
Durchführen des Experiments
Denkt beim Durchführen der Experimente an die folgenden Tipps:
- Achtet darauf, dass der Turm nicht wackelt, wenn die Kugel losgelassen wird.
- Der Berührungssensor kann bei Bedarf auch in der Hand gehalten und als Fernsteuerung verwendet werden. Dadurch kann verhindert werden, dass der Turm wackelt und das Experiment fehlschlägt.
- Sofern das Experiment erfolgreich war, wird die Falldauer auf dem Display angezeigt.
- Führt das Experiment mindestens dreimal durch. Verwendet die Durchschnittswerte, um möglichst zuverlässige Ergebnisse sicherzustellen.
Fasst eure Ergebnisse zusammen.
Verwendet die durchschnittliche gemessene Falldauer, um die Durchschnittsgeschwindigkeit der fallenden Kugel sowie die Fallbeschleunigung zu berechnen. Wenn ihr nicht weiterkommt, werft einen Blick auf die Gleichungen unter „Tipp“.
Welche Aspekte der Bewegung eurer Kugel haben sich verändert und was ist gleich geblieben?
Gleichung für die Geschwindigkeit
Verwendet die folgende Gleichung, um die Durchschnittsgeschwindigkeit zu berechnen. Der Weg ist die Höhe des Fallturms und beträgt 50 cm.
v = d / t
Dabei gilt:
v = Geschwindigkeit (in m/s)
d = Weg (in m)
t = Zeit (in s)
Fallgesetz
Verwendet die folgende Gleichung, um die Gravitationskonstante zu berechnen. Der Weg ist die Höhe des Fallturms und beträgt 50 cm.
d = ½ × g × t²
Dabei gilt:
d = Weg (in m)
g = Fallbeschleunigung (in m/s²)
t = Zeit (in s)
Wie habt ihr abgeschnitten?
Was habt ihr gut gemacht? Gibt es etwas, das ihr hättet besser machen können?
Sehr schön! Jetzt wisst ihr, wie Gegenstände im freien Fall beschleunigen. Lasst uns für die letzte Aufgabe noch einen Zahn zulegen!