Bestimmung der Fallbeschleunigung nach Whiting
Ein Beitrag von Helmut Grünn (Freie Waldorfschule Würzburg)
Dieser Versuch ist in der Physikepoche der 10. Klasse (Mechanik) dazu geeignet mit einfachen Mitteln die Fallbeschleunigung relativ exakt zu bestimmen. Es ist keine elektronische Zeitmessung erforderlich, obwohl die Fallzeit weniger als ½ Sekunde beträgt. Der Aufbau ist einfach und deshalb leicht zu durchschauen.
Wenn das Pendel vorher behandelt wurde, ist den Schülern bekannt, dass die Schwingungsdauer vom Auslenkungswinkel (für genügend kleine Winkel) unabhängig ist. Deshalb kann die Schwingungsdauer aus der Zeit für 10 Schwingungen berechnet werden. Mit einer gewöhnlichen Stoppuhr (Digitale Armbanduhr, Handy) ist diese Zeit einfach zu messen. Benötigt wird anschließend die Zeit für eine viertel Schwingung, also ein vierzigstel der gemessenen Zeit. Der Zeitfehler wird dadurch entsprechend verkleinert.
Das Ergebnis der Messung sollte im Bereich (9,81 ± 0,02) m/s² liegen.
Material:
- Holzleiste etwa 1m lang (10mm x 30mm) mit Bohrung an einem Ende und Nagel an der anderen Stirnseite
- zylindrischer Fallkörper mit überstehender Metallscheibe unten
- Papier und Kohlepapier, Reißzwecken oder Gummiringe
- Faden und Feuerzeug
- Meterstab
- Stoppuhr
- Stativmaterial
Auf der schmalen Seite der Holzleiste befestigt man einen Streifen weißes Papier mit Reißzwecken. Darüber wird ein Papierstreifen, der vorher mit Zeichenkohle geschwärzt wurde befestigt. (alternativ Durchschlagpapier)
Versuchsablauf:
- Die Schwingungsdauer der Holzleiste wird bestimmt, indem man die Dauer mehrerer Schwingungen misst und dann durch die Anzahl dividiert.
- Der Fallkörper wird oben mit dem Faden so aufgehängt, dass die Scheibe unter dem Fallkörper die schmale Seite des lotrecht hängenden Pendels gerade berührt. Die Position der Scheibe wird an der Leiste markiert.
- Die Holzleiste wird ausgelenkt und am anderen Ende des Fadens eingehängt. Dabei darf sich die Position des Fallkörpers nicht verändern.
- Der Faden wird durchgebrannt.
- Die Holzleiste schlägt nach einer viertel Schwingung gegen den herunterfallenden Fallkörper. Die Scheibe setzt dabei durch das Kohlepapier eine Marke auf den Papierstreifen an der Holzleiste.
- Die Fallhöhe h kann nun zwischen der oberen und der unteren Marke gemessen werden.
Quelle: „Physikalische Schulversuche 1|2 Mechanik der festen Körper“, Hrsg.: Georg Sprockhoff, Verlag: Volk und Wissen Volkseigener Verlag Berlin 1974