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
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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.
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.