Auf den Spuren Galileis

Bericht über die Arbeit im Physik-Unterricht des 9. Jahrgangs: Auf den Spuren Galileo Galileis als Begründer der naturwissenschaftlichen Methode


Der Versuch zur beschleunigten Bewegung

Zu den großen begrifflichen Errungenschaften Galileis zählt die Widerlegung der Bewegungslehre des Aristoteles, insbesondere der darin formulierten prin­zipiellen Gegensätze zwischen Ruhe und Bewegung sowie zwischen natürli­cher und unnatürlicher Bewegung. Damit hat sich der E-Kurs Physik Klasse 9c beschäftigt, indem die Schülerinnen und Schüler den „Fallrinnenversuch“ von Galilei nachbauten und durchführten.
Galilei hatte dazu an der schiefen Ebene erstmals die Zunahme der Fallge­schwindigkeit nachgemessen und herausgefunden, dass sie nicht in konstanten Werten, also nicht proportional zur durchlaufenen Strecke zunimmt, sondern dass sie proportional zur verstrichenen Zeit vom Wert null an stetig anwächst und bis zum Erreichen der Endgeschwindigkeit alle dazwischen liegenden Werte durchläuft.
Die durchgeführten Vorbereitungen und die sich daraus ergebenden Erkennt­nisse sehen sie hier in einer Bilder­serie und in der Zusammenschau der Protokolle  im Anschluss:

Bilderserie

Hier nun das Ergebnis des wissenschaftlichen Arbeitens in Protokollform:

Versuchsprotokoll          Gleichmäßig beschleunigte Bewegung

Frage/Vermutung:

Wird der Tischtennisball schneller?

Material:

 Rinne ( schiefe Ebene ), Maßband, Stift, ca. 3 cm dickes Buch oder Unterlage, Tischtennisball, Stoppuhr         

Versuchsdurchführung:

Zuerst haben wir die schiefe Ebene auf ein Buch gelegt, so dass sie leicht schräg ist. Dann haben wir den Tischtennisball herunterrollen lassen, ohne Schwung zu geben und mit der Stoppuhr die Geschwindigkeit an den eingezeichneten 20 cm Markierungen gemessen. Diese abgemessenen Werte haben wir dann in unsere Tabelle eingetragen und die Werte für die Geschwindigkeit und für die Beschleunigung  ausgerechnet.

Zeichnung:

 

Beobachtung:

Wir haben den Ball losgelassen und gesehen, wie er immer schneller wurde. Die Messwerte haben wir in folgende Tabelle eingetragen und im Anschluss v und a berechnet und eingetragen.

Weg (cm)

Zeit (s)

Geschwindigkeit(m/s) v = s : t

Beschleunigung(m/s²) a = v : t

0

0

0

0

20

1,39

0,144

0,1

40

2,83

0,177

0,06

60

3,45

0,200

0,05

80

4,02

0,223

0,05

100

4,66

0,246

0,05

120

5,16

0,263

0,05

140

5,79

0,275

0,04

Die Werte haben wir mit Hilfe von Microsoft Excel  in Diagrammen dargestellt:

 

Fehlerquellen:

Unebenheiten, Fahrtwind und Reibung können das Ergebnis verfälschen, indem sie den Tischtennisball ausbremsen. Auf dem genauen Abstand auf die Stoppuhr zu drücken ist etwas schwer und kann auch das Endergebnis verfälschen. Die Aufteilung der Achsen ist ungünstig gewählt worden.

Ergebnis:

Bei einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung gilt also:

Die Strecke s proportional zum Quadrat der Zeit .

Die Geschwindigkeit v ist proportional zu Zeit t.

Die Beschleunigung a ist konstant.